In der Nachkriegszeit wurde die Entsorgung von Chemiewaffen nur unzureichend dokumentiert und kontrolliert. Allein in Deutschland werden an über 200 Orten Reste von Chemiewaffen vermutet.

Ihre Aufspürung ist jedoch schwierig, da der genaue Ort und die Gefahren nicht eindeutig zu bestimmen sind. Das diesjährige iGEM-Team Bielefeld-CeBiTec hat es sich zur Aufgabe gemacht, dieses Problem mit einem pflanzenbasierten Nachweissystem für Abbauprodukte chemischer Waffen anzugehen. In unserem Projekt entwickeln wir eine Tabakpflanze, die in der Lage ist, Chemikalien spezifisch zu detektieren und deren Vorhandensein durch einen Farbwechsel zu signalisieren.

Dazu adaptieren wir unsere Signalkaskade aus einem pflanzenbasierten TNT-Detektionssystem, das von Antunes et al. (2011) entwickelt wurde. Für den spezifischen Nachweis von Abbauprodukten chemischer Waffen entwickeln wir einen Rezeptor auf der Basis von Ribosebindungsproteinen (RBP), welcher in den Apoplast exportiert wird, wo er seinen Liganden bindet.

Der Rezeptor-Liganden-Komplex aktiviert ein Fusionsprotein, das aus einem Transmembranprotein und einer intrazellulären Histidin-Kinase besteht. Nach der Aktivierung phosphoryliert die Kinase einen Transkriptionsfaktor, was zur Expression von Reportergenen führt.

Um ein starkes visuelles Signal zu erhalten, etablieren wir zwei verschiedene Reportersysteme mit ähnlichen Ergebnissen - eine leuchtend rote Pflanze. Die rote Farbe resultiert entweder aus Betalainen oder Anthocyanen. Die Biosynthese von Betalinen wird durch die Expression von RUBY aktiviert (He et al., 2020). Für die Produktion von Anthocyanen entwickeln wir ein neues Reportersystem, das auf der Expression von drei verschiedenen Transkriptionsfaktoren beruht.

In Zukunft kann unsere Pflanze leicht modifiziert werden, indem der spezifische Rezeptor ausgetauscht wird. Dies würde den Nachweis weiterer chemischer Verunreinigungen ermöglichen. Auf diese Weise wollen wir GVO-Pflanzen als Teil unseres täglichen Lebens für die Zukunft etablieren, um die Welt ein wenig sicherer zu machen und um weitere unsichtbare Gefahren sichtbar zu machen.

Quellen:

Antunes, M.S., et al, 2011, PLOS ONE 6(1): e16292.
He, Y., et al, 2020, Horticulture Research 7, 1-6.