BOOST FUND-Projekt RIPE – Verzögerung der Reifungsprozesse in Obst und Gemüse durch spezifische Peptide

Weltweit geht ein großer Anteil an Nahrungsmitteln während der Ernte sowie bei Transport und Lagerung verloren. Eine Reduzierung dieser Verluste ist von großer Bedeutung für eine nachhaltige Sicherung der weltweiten Ernährung. Diese Problematik adressiert das BioSC-Projekt RIPE. Im Fokus steht das Pflanzenhormon Ethylen, das die Fruchtreife beeinflusst.

 Bilder: Felix Jakob, RWTH Aachen / Georg Groth, HHU Düsseldorf

Synthetische Peptide, die aus Proteinen des Ethylen-Signalwegs abgeleitet wurden, bieten einen vielversprechenden Ansatzpunkt, Reifung und Seneszenz von Obst und Gemüse zu verzögern und ihr Verderben zu verhindern, ohne dafür das Erbgut der Pflanzen verändern zu müssen. Im Projekt RIPE sollen diese Reife-hemmenden Peptide sowie ihre Applikation auf verschiedene Fruchtarten weiter verbessert werden, um damit eine mögliche kommerzielle Nutzung neuartiger Reifeinhibitoren voranzutreiben.

Im bisherigen Projektverlauf hat sich die Arbeitsgruppe um Prof. Groth (HHU Düsseldorf) vor allem mit der Wechselwirkung der synthetischen Peptide mit dem Ethylenrezeptor auf molekularer Ebene beschäftigt und konnte zeigen, welche Domäne für die Interaktion verantwortlich ist. Proteinkristallisationsstudien sollen weitere Einblicke in die Wechselwirkung der Reife-hemmenden Peptide mit den Proteinen des Ethylen-Signalwegs geben. Mit Hilfe Computer-gestützter Moleküldynamik-Simulationen entwickelt die Arbeitsgruppe von Prof. Gohlke (HHU Düsseldorf) derzeit ein Modell des Peptidrezeptors sowie neue Wirkstoffvarianten. In silico kann dann getestet werden, welche Peptide bei der Interaktion mit dem Rezeptor die höchste Spezifität aufweisen.

Die Applikation der Peptide auf der Oberfläche von Obst- und Gemüse erfolgt über einen Mikrogel-Container, in dem das Peptid gebunden ist und aus dem es nach und nach freigesetzt werden soll. Der Gruppe um Prof. Pich (RWTH Aachen) gelang bereits die Entwicklung eines speziellen Mikrogels, an welches das synthetische Peptid NOP-1 über bestimmte Säure- oder Carboxygruppen binden konnte. Die Arbeitsgruppe von Prof. Schwaneberg (RWTH Aachen) beschäftigt sich mit der Aufbringung der Mikrogel-Container auf die Fruchtoberfläche. Hierfür werden spezielle Ankerproteine entwickelt, die eine reversible Bindung ermöglichen. Ziel ist es, dass der Mikrogel-Container zwar Niederschlägen standhält, sich aber bei einem bestimmten pH-Wert wieder von der Blattoberfläche abwaschen lässt, so dass der Verbraucher keine Rückstände auf der Obst- oder Gemüseoberfläche vorfindet.

Ob der gewünschte Effekt des isolierten Peptids auf den Reifungsprozess auch wirklich auf der Frucht beobachtet werden kann, untersucht die Gruppe von Prof. Noga (Universität Bonn). Das Peptid NOP-1 wurde bereits in verschiedenen Konzentrationen auf Äpfeln und Tomaten getestet und eine Verzögerung der Reifung konnte festgestellt werden. Ebenfalls wurde untersucht, ob die Aufbringung der Peptide einen Einfluss auf die Qualitätsparameter bei Äpfeln und Tomaten hat. Erfreulicherweise wurde dies bisher nicht beobachtet.

Die bisherigen Ergebnisse im Rahmen des RIPE-Projekts zeigen, dass das untersuchte NOP-1 Peptid das Potenzial zur Reife-Verzögerung aufweist. Dies würde einen neuartigen Zugang zur Kontrolle der Ethylenantwort in Pflanzen bedeuten, der nicht auf die Verwendung von Chemikalien nach der Ernte oder auf transgene Pflanzen angewiesen ist.