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 der Pilz 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. 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 das Proof-of-Principle für die Nutzung des Pilzes für den Biomasseabbau. Inzwischen hat Kerstin Schipper bereits fünf weitere BioSC SEED und BOOST Fund Projekte eingeworben. Ein aktuell verfolgter Ansatz ist beispielsweise die Verwendung von Reststoffen (z.B. Pektinabfall) statt reinen Laborchemikalien (PectiLyse).

Zum 01.05.2017 starteten zwei BioSC FocusLabs an denen Kerstin Schipper als Projektpartner beteiligt ist: Im Rahmen von „Bio²“ wird ein Bioraffinerieprozess für die Produktion von Biotensiden etabliert, die sich durch eine gute biologische Abbaubarkeit und ihre hochspezialisierten Eigenschaften auszeichnen. Das Ziel von „CombiCom“ ist dagegen die nachhaltige Produktion von neuen, wertvollen Naturstoffen, z.B. für die Entwicklung neuer Pharmazeutika.

Die Nachwuchsgruppe Schipper analysiert neben dem konventionellen auch einen unkonventionellen Sekretionsweg in U. maydis. Als Teilprojekt des CRC1208 der HHU Düsseldorf soll dieser neuartige Sekretionsweg charakterisiert werden. Es gibt jedoch auch interessante Merkmale für die Anwendung: Bei der unkonventionellen Sekretion erfolgt keine N-Glykolisierung und daher bietet sich dieser Weg besonders für die Expression von Proteinen an, die sich in den gängigen eukaryotischen Expressionssystemen nicht funktional exprimieren lassen. Im Rahmen des von Kerstin Schipper koordinierten SEED Fund Projekt UstiOpt wurde in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Büchs (RWTH Aachen) bereits die Anwendung des Weges für die Proteinproduktion untersucht und optimiert. So konnte z.B. ein Botulinum Toxin A Nanobody erfolgreich über den unkonventionellen Sekretionsweg produziert werden. Vorteile des Systems sind die fehlende Modifizierung durch N-Glykosylierung und die kostengünstige Anzucht der Zellen im Vergleich zu Zellkulturen. Nun soll das System weiter optimiert und in Richtung einer Produktion in größerem Maßstab vorangebracht werden.

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, drei Doktoranden und einen Masterstudenten. Des Weiteren ist sie Gutachterin für fünf Zeitschriften. Im Jahr 2014 wurde sie mit dem BioSC Supervision Award ausgezeichnet.