Leibniz-Institut
für Lebensmittel-Systembiologie
an der Technischen Universität München

Programmbereich IIBiopolymers

Programmbereich II. Struktur-/Wirkungsbeziehungen bei Biopolymeren

Leitung: Dr. Katharina Scherf (bis 31.03.2017: Prof. Dr. Peter Köhler)

Forschung:

Ziel der Arbeiten des PB II ist die Beantwortung der folgenden Kernfragen:

  • Warum nimmt die Prävalenz von (Weizen-)Hypersensitivitäten, wie Zöliakie, Weizenallergie und Nicht-Zöliakie-(Weizen-)Glutensensitivität (NCGS), in der Bevölkerung zu?
  • Wie beeinflussen verschiedene Faktoren (z.B. Rohstoffe, Umweltbedingungen, Verarbeitung) Struktur-/Funktionalitäts-Beziehungen bei Proteinen, Mehlen und deren Produkten? 

Erforschung grundlegender Mechanismen bei Zöliakie, Weizenallergien und NCGS

Neueste wissenschaftliche Studien liefern vermehrt Daten, die einen Anstieg der Prävalenz von (Weizen-)Hypersensitivitäten, wie Zöliakie, Weizenallergie und NCGS, in der Bevölkerung nahelegen. Die Gründe hierfür sind, ähnlich wie bei anderen Allergien, noch nicht eindeutig geklärt. Es werden verschiedene Faktoren, wie Veränderungen in der Zusammensetzung der Getreideproteine durch Züchtung, Anbaupraktiken und Verarbeitung, diskutiert. In diesem multidisziplinären Forschungsbereich ist es essentiell, die Expertise aus Pflanzengenetik, Bioinformatik, Gastroenterologie, Immunologie, Ernährung und Getreideforschung synergistisch zu vereinen, um grundlegende Mechanismen der Krankheitsauslösung aufzuklären und neue Behandlungs- und Präventionsstrategien zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit weltweit führenden Forschergruppen haben die Studien des PB II folgende Ziele:

  • Aufklärung grundlegender Mechanismen der Weizen-abhängigen anstrengungsinduzierten Anaphylaxie (WDEIA) 
  • Entwicklung sensitiver Verfahren (ELISA, LC-MS/MS) zum Nachweis von Gluten und Glutenpeptiden in physiologischen Proben 
  • Bereitstellung von eingehend charakterisierten Referenzmaterialien für klinische Studien und Belastungstests
  • Identifizierung von Isopeptid-Crosslinks zwischen Glutenpeptiden und Transglutaminase 2, dem Schlüsselenzym im Pathomechanismus der Zöliakie
  • Bewertung des Einflusses der Weizenzüchtung auf die Immunreaktivität von Weizensorten und Identifizierung von Sorten mit geringer Immunreaktivität für NCGS-Patienten
  • Charakterisierung der Inhaltsstoffe des Weizens, die NCGS auslösen

Verbesserung der Analytik von Getreideproteinen

In Verbindung mit klassischen Extraktions- und Aufreinigungsmethoden ermöglicht der Einsatz von modernen Proteomics-Techniken die Strukturaufklärung und Quantifizierung von Getreideproteinen und -peptiden. Hauptziele der Arbeiten sind:

  • Gewährleistung der Sicherheit von glutenfreien Lebensmitteln durch verbesserte Analytik von Gluten aus Weizen, Roggen, Gerste und Hafer (ELISA, LC-MS/MS)
  • Erhöhung der Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit von verschiedenen Methoden zur Glutenanalytik durch Herstellung verbesserter Referenzmaterialien (in Zusammenarbeit mit internationalen Expertengruppen wie der Prolamin Working Group, der MoniQA Association, der AOAC International und der AACC International)
  • Entwicklung neuer Methoden zur Quantifizierung weiterer immunreaktiver Getreideproteine, wie Amylase-Trypsin-Inhibitoren und Puroindolinen 
  • Prävention von (Weizen-)Hypersensitivitäten durch Entfernung von immunreaktiven Getreideproteinen mittels geeigneter Prozessführung 

Struktur-/Funktionalitäts-Beziehungen bei Proteinen, Mehlen und deren Produkten 

Die Forschungsaktivitäten umfassen die Aufklärung des Einflusses verschiedener Faktoren (z.B. Rohstoffe, Umweltbedingungen, Verarbeitung) auf Struktur-/Funktionalitäts-Beziehungen bei Proteinen, Mehlen und deren Produkten. Wesentliche Ziele sind hierbei:

  • Verbesserung der sensorischen und technofunktionellen Eigenschaften durch gezielte Erfassung und Modifikation der Textur von Getreideprodukten 
  • Sicherstellung der Biodiversität durch intensivere Nutzung von alternativen Pflanzenarten 
  • Nachhaltige Produktion von Getreide zur Ernährung der Weltbevölkerung in Zeiten des Klimawandels und knapper werdender natürlicher Ressourcen 
  • Optimierung der Verwendungsmöglichkeiten von Nebenprodukten der Getreideherstellung 
  • Beantwortung aktueller Fragestellungen mit lebensmittelrechtlichem Bezug
  • Fundamentales Verständnis von Interaktionen zwischen Proteinen sowie zwischen Proteinen und niedermolekularen Verbindungen 

Methoden

  • Verschiedene Extraktions- und Aufreinigungstechniken (Dialyse, Größenausschlussfiltration, SPE)
  • Gelelektrophorese (SDS-PAGE)
  • Reversed-phase HPLC, Gelpermeations-HPLC (analytisch und präparativ, Detektion: UV, DAD, Fluoreszenz, ELSD) 
  • LC-MS: untargeted (Peptide und intakte Proteine)
  • LC-MS: targeted (Stabilisotopenverdünnungsanalyse für spezifische Peptide)
  • NMR (1H, 13C, zweidimensionale Experimente)
  • Immunologische Techniken (ELISA, Western Blot)
  • Enzymassays
  • Vermahlung: Kryomühle, Kugelmühle, Ultrazentrifugalmühle, Walzenstuhl (Quadrumat Junior)
  • Klassische Mehlanalytik: Wasser-, Asche-, Protein-, Fettgehalt, Sedimentationswert
  • Rheologie: Farinograph (10 g, 50 g, 300 g), Volumen- und Texturmessung, Gluten Index Bestimmung, Gluten Peak Test, dynamische Stressrheometrie, Mikrozugversuche
  • Mikrobackversuche im 10 g-Maßstab (automatisierte Backstraße)