Junior research group Dr. Kerstin Schipper | HHU Düsseldorf | Institut für Mikrobiologie

Ustilago maydis – ein vielseitiger Modellorganismus

Bereits in Ihrer Doktorarbeit arbeitete Kerstin Schipper mit dem Pilz Ustilago maydis. Die Begeisterung am Modellorganismus ist bis heute geblieben, aber der Fokus hat sich von der Grundlagen-orientierten zur angewandten Forschung verschoben. Durch ihre Forschung möchte sie das Potential von U. maydis erweitern und den Pilz beispielsweise als neuartige Expressionsplattform für Proteine und für den Abbau von Biomasse einsetzen.

Am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg beschäftigte sich Kerstin Schipper von 2005 bis 2009 im Rahmen ihrer Doktorarbeit mit der Sekretion von Effektorproteinen, um genauere Einblicke in die Wirt-Pathogen Interaktion des Pilzes zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt war das Genom vom Maisbeulenbrand, wie U. maydis umgangssprachlich genannt wird, gerade publiziert worden und er stellte einen vielversprechenden Modellorganismus dar. Im Jahr 2011 nahm sie eine Stelle als Gruppenleiterin an der HHU Düsseldorf im Institut von Michael Feldbrügge an und konnte sie sich nun vor allem auf die anwendungsorientierte Forschung an U. maydis konzentrieren. In Düsseldorf beschäftigt sie sich seitdem mit der Optimierung von Sekretionswegen, um den Pilz langfristig als Proteinexpressionsplattform zu verwenden.

Außerdem möchte sie neue Methoden etablieren, um das Arbeiten mit dem Pilz noch effizienter zu machen. Dies war 2013 auch der Anknüpfpunkt für das erste BioSC Projekt, da Nick Wierckx von der AG Blank (RWTH Aachen) den Pilz für die Herstellung von Itaconsäure verwenden wollte und einen Partner für die molekularbiologischen Arbeiten suchte. Im Rahmen des gemeinsamen SEED Fund Projekts UstiLyse gelang nun das Proof-of-Principle für die Nutzung des Pilzes für den Biomasseabbau. Neue Projekte, in denen dieser Ansatz erweitert werden soll, sind in Planung. Zukünftig sollen jedoch statt reinen Laborchemikalien Ausgangsstoffe aus der Natur (z.B. Pektinabfall) verwendet werden. Durch die Etablierung von Mischkulturen aus optimierten U. maydis Stämmen mit anderen vielversprechenden Pilzen könnte in der Zukunft ein effizienter Biomassenabbau erfolgen. Der Grundstein dafür soll in dem SEED Fund Projekt MoniCon gelegt werden.

Die Nachwuchsgruppe Schipper analysiert neben dem konventionellen auch den unkonventionellen Sekretionsweg in U. maydis. Das Interessante an Letzterem ist, dass keine N-Glykolisierung erfolgt und sich dieser Weg somit besonders für die Expression von Proteinen anbietet, die sich in den gängigen eukaryotischen Expressionssystemen nicht funktional exprimieren lassen. Ein Bespiel hierfür ist die Produktion eines Antikörpers gegen das Malaria-Oberflächenprotein RH5. In Kooperation mit dem Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge soll der Antikörper über den unkonventionellen Expressionsweg in U. maydis in größerem Maßstab und vor allem günstiger als in Zellkulturen exprimiert werden. Die Ausbeute konnte auf Basis der vorhandenen Erfahrung mit dem Pilz bereits stark gesteigert werden. Durch die Optimierung der Kulturbedingungen, u.a. in dem von Kerstin Schipper koordinierten SEED Fund Projekt UstiOpt in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Büchs (RWTH Aachen) soll das System nun weiter verbessert werden. Da der Mechanismus des Sekretionswegs bisher noch nicht genau beschrieben ist, besteht hier ein weiteres Potential, die Proteinexpression zu steigern.

Langfristig möchte Kerstin Schipper die Vorteile des konventionellen und des unkonventionellen Expressionswegs kombinieren und somit das Potential von U. maydis als vielseitig einsetzbare Expressionsplattform ausschöpfen.

Seit 2014 ist Kerstin Schipper Akademische Rätin an der HHU und ihre Gruppe umfasst inzwischen einen Postdoc, zwei Doktoranden und zwei Masterstudenten. Des Weiteren ist sie Co-PI bei CLIB und Gutachterin für fünf Zeitschriften. Im Jahr 2014 wurde sie mit dem BioSC Supervision Award ausgezeichnet.