Research Group Phytoantibodies

Head: Prof. Dr. Udo Conrad

[German only]

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Produktion rekombinanter Proteine in transgenen Pflanzen und mit einfachen und innovativen Methoden zur Reinigung dieser Eiweiße. Darüber hinaus beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Immunmodulation von regulatorischen Funktionen in Pflanzen. 

Forschungsschwerpunkte

Ein wichtiger Themenbereich umfasst Arbeiten zum Molecular F(Ph)arming. Ein Schwerpunkt dieser Arbeiten ist die Expression von repetitiven Proteinen in Pflanzen, um auf diese Weise neue Biomaterialien zu erzeugen. Hier stehen Spinnenseidenproteine im Zentrum des Interesses. Während der Evolution haben Spinnen die Produktion und Nutzung sehr verschiedener proteinbasierter Seidenmaterialien perfektioniert. Diese Seidenfasern weisen außerordentliche Eigenschaften auf, die hinsichtlich Festigkeit und Elastizität technische Fasern bei weitem übertreffen. Die Tragfadenseide, von den Spinnen als Haltefaden und als Rahmenfaden ihrer Netze benutzt, weist dabei ganz besondere mechanische Eigenschaften auf: Sie ist fünfmal fester als Stahl und dreimal zäher als Kevlar (p-Aramid), die beste von Menschen hergestellte Kunstfaser. Die Fangfadenseiden, z.B. die flagelliforme Seide, sind weniger fest als die Tragfadenseide, können aber auf das Mehrfache ihrer Länge gedehnt werden, bevor sie reißen. Die Fangfadenseide weist somit eine sehr hohe Elastizität und Dehnbarkeit auf. Sie kann die kinetische Energie der Beute daher sehr gut aufnehmen. Die Arbeiten haben sich deshalb auf die Expression von Hauptbestandteilen der Tragfadenseide, den Proteinen MaSp1 (Scheller et al., 2001) und MaSp2 sowie dem wichtigsten Bestandteil der flagelliformen Seide, dem Protein FLAG, konzentriert. Es wird angenommen, dass die Größe der Tragfadenseidenproteine ein Schlüsselfaktor für die mechanischen Eigenschaften gesponnener Fasern ist, da alle bisher untersuchten Spinnen sehr hochmolekulare Spinnenseidenproteine erzeugen. Aus diesem Grunde steht die Produktion von Spinnenseidenproteinen mit nativer Größe (über 200 kDa) in Pflanzen im Zentrum des Interesses. Als Methode nutzen wir die posttranslationale Verknüpfung in vitro durch Transglutaminase (in Kooperation mit M. Pietzsch, Uni Halle, Institut für Pharmazie) und in vivo durch inteinbasiertes „protein splicing“ (in Kooperation mit M. Gils, IPK Gatersleben). Die mechanische Charakterisierung erfolgt durch Kooperationspartner am Fraunhofer IWM Halle (U. Spohn, Junghans et al., 2006; Junghans et al., 2008). Weitere repetitive Proteine mit interessanten mechanischen Eigenschaften sind „Elastin-like-Peptides“ (ELPs, Floss et al., 2010) und Glutelinderivate (Saumonneau et al., 2011). 

 

Ein zweiter Schwerpunkt umfasst die Produktion von therapeutischen Antikörpern und von Vakzinen in Pflanzen. Transgene Pflanzen werden seit 20 Jahren als Produktionsinstrument für therapeutische Proteine genutzt. Insbesondere die Entwicklung skalierbarer und preiswerter Reinigungssysteme stellt eine für die weitere Nutzung dieser Technologie essentielle Bedingung dar. Für beide Klassen von therapeutischen Proteinen wurde ELPylierung als geeignete Methode zur Expressionssteigerung und zur effizienten Reinigung etabliert (Floss et al., 2008, 2009a,b, 2010a,b, Conrad et al., 2011). Die Arbeitsgruppe hat sich erfolgreich mit der Expression von Antikörpern gegen HIV, Nanobodies gegen TNFa sowie von Tuberkuloseantigenen und Vogelgrippeantigenen ([link]Phan und Conrad, 2011) beschäftigt. Aktuelle Arbeiten zu Vogelgrippeantigenen konzentrieren sich auf deren Immunogenität. 

Desweiteren befasst sich die Arbeitsgruppe mit der Immunmodulation von ABA-Funktionen in Kulturpflanzen wie Erbse (Radchuk et al., 2010) und Gerste (in Kooperation mit [link]W. Weschke und H. Weber, IPK). 

Methodische Schwerpunkte

Phage Display Technologie

In der Arbeitsgruppe Phytoantikörper werden rekombinante Antikörper durch Phage Display Screening erzeugt. Hierzu stehen verschiedene Bibliotheken (scFv und VH, VHH) zur Verfügung. Auf diese Weise wurden und werden im Rahmen nationaler und internationaler Kooperationen diverse rekombinante Antikörper erzeugt und charakterisiert. Das beinhaltet rekombinante Antikörper gegen Pflanzenpathogenantigene und gegen Antigene humaner Pathogene als auch rekombinante Antikörper gegen Phytohormone und regulatorische Proteine.

 

 

Inverse Transition Cycling 

ELPylierte Proteine können unter Ausnutzung besonderer Eigenschaften von ELP gereinigt werden. Hierzu wird ausgenutzt, dass ELPs in Abhängigkeit von der Salzkonzentration und der Temperatur reversibel ausfallen. Bei niedrigerer Temperatur und ohne Salz lösen sie sich erneut. Die Abtrennung der Präzipitate erfolgt durch Zentrifugation (cITC) oder durch Filtrierung (mITC). Für verschiedene Anwendungen (Spinnenseidenproteine, Vogelgrippeantigene) wurden skalierbare Protokolle entwickelt.