Was sind Plastiden?
Plastiden sind spezialisierte Strukturen in Pflanzenzellen, die Lebensmittel und Pigmente für die Zelle herstellen und lagern. Sie sollen sich aus unabhängigen einzelligen Organismen entwickelt haben, die vor über einer Milliarde Jahren symbiotisch mit Pflanzen lebten. Sie enthalten eine große Anzahl von Genen und stellen eine Reihe von Proteinen her. Es besteht großes Interesse daran, Plastiden als Fabriken zur Herstellung von Proteinen von pharmazeutischem Interesse einzusetzen.
Die bekanntesten Plastiden sind die Chloroplasten, an denen die Photosynthese stattfindet. Andere umfassen Chromoplasten, die Pigmente wie Carotinoide speichern, die für die Färbung von Früchten und Blumen verantwortlich sind. Leukoplasten speichern Stärke, Lipide oder Proteine - alles mögliche Nahrungsquellen. Lagerwurzeln können wie Kartoffeln und Karotten Leukoplasten voller Stärke enthalten. Plastidentypen können sich gegenseitig umwandeln und werden je nach Zustand der Zelle zu anderen Plastidentypen.
Chloroplasten enthalten das Pigment Chlorophyll, das Licht absorbiert und den Blättern eine grüne Farbe verleiht. Chlorophyll fängt die Energie des Sonnenlichts ein und spaltet damit Wasserstoff vom Sauerstoff im Wasser ab. Dadurch entsteht der Sauerstoff, den Menschen und Tiere atmen. Der Wasserstoff wird in Kohlendioxid aus der Luft eingebaut. Dieser Prozess der Photosynthese produziert die Glukose und andere Verbindungen, die die Pflanze für den Stoffwechsel verwendet.
Pflanzengewebe können eine große Anzahl von Plastiden in ihrem Zytoplasma aufweisen; Eine Zelle kann über 50 davon haben. Diese bilden sich aus der Teilung bestehender Plastiden und werden nur von einem Elternteil geerbt.
Plastiden haben eine innere Doppelmembran, die sie vom Rest der Zelle trennt. Innerhalb dieser Membran befinden sich viele spezielle Merkmale, wie eine Reihe zusätzlicher Membranen und das Plastom oder die Gesamt-DNA des Plastids. Dieses Plastidengenom codiert ungefähr 100 der Gene, die von der Plastide benötigt werden, der Rest wird vom Zellkern codiert. Somit ist das Plastid nicht völlig unabhängig vom Rest der Zelle, obwohl es sich getrennt teilt.
Es wird aggressiv geforscht, um Chloroplasten als Produktionsquelle für biologische Verbindungen wie Enzyme und Antikörper zu nutzen. Die Plastidentransformation hat einen großen Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden der Gentechnik, da die Plastiden in den meisten Fällen nicht im Pollen gefunden werden. Sie sollten sich daher nicht auf benachbarte Pflanzen ausbreiten, und die gentechnisch veränderten Pflanzen würden isoliert. Dies sollte dazu beitragen, Bedenken hinsichtlich der Ausbreitung veränderter Gene in die Umwelt auszuräumen.
Das Einbringen von Genen in das Plastid ist viel komplizierter als die herkömmlichen Verfahren zum Einbringen von Genen in den Zellkern, da jede Zelle mehr als 1.000 Plastome aufweisen kann. Jeder muss auf die gleiche Weise modifiziert werden, damit diese Technik erfolgreich ist. Bei Erfolg kann das eingeführte Gen jedoch bis zu 25% des gesamten zellulären Proteins ausmachen. Außerdem können Pflanzen Proteine verändern, die Bakterien nicht können, was ihnen einen Vorteil gegenüber der Produktion in bakteriellen Überexpressionssystemen verschafft.
Bei mehreren verschiedenen Pflanzenarten wurden die Plastiden erfolgreich transformiert. Die Plastidentransformation von Pflanzenembryonen oder jungen Zellen wird häufig mit einer Partikelkanone erreicht. Diese Technik beschichtet Gold- oder Wolframpartikel mit DNA und schießt sie dann in das Gewebe. Die verwendete DNA ist ein Plasmid, eine zirkuläre DNA-Einheit, die das gewünschte Gen enthält. Es wird auch eine DNA-Sequenz enthalten, die es ermöglicht, sich in der Zelle zu replizieren, und ein Gen für Antibiotikaresistenz, um zu identifizieren, welche Zellen transformiert wurden.