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Projekt
Systems Metabolic Engineering von Hydrogenophaga pseudoflava zur aeroben Biosynthese von Fettsäuren aus CO2 und Elektronenträgern in einem neuartigen bioelektrochemischen System
Antragsteller
Professor Dr. Bastian Blombach; Professor Dr. Johannes Gescher, seit 4/2022
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445541534
Die Elektrobiotechnologie ist eine aussichtsvolle Technologie an der Schnittstelle Elektrochemie-Biotechnologie zur Nutzung von CO2 und Elektrizität für die mikrobielle Biosynthese von Chemikalien und Kraftstoffen in bioelektrochemischen Systemen (BES). Ein diesbezüglicher Ansatz ist die Umwandlung von CO2 in CO und die elektrochemische Bildung von Synthesegas. Letzteres wird dann biologisch in Chemikalien oder flüssige Brennstoffe umgewandelt. Obwohl die entkoppelte Biokonversion von Synthesegas in letzter Zeit große Fortschritte gemacht hat, weist diese Technologie immer noch einige inhärente Hindernisse wie z.B. ein begrenzter Massentransfer von Gasen in das Kulturmedium, eine geringe Aufnahme oder ein ineffizienter Transfer von Elektronen oder Elektronenträgern zum mikrobiellen Wirt sowie Sicherheitsaspekte bzgl. Toxizität und Explosivität der Substrate auf. Zudem haben Acetogene als die am häufigsten verwendeten mikrobiellen Wirte für die Biokonversion von Synthesegas ein begrenztes Produktspektrum, da die Produktion komplexerer Moleküle außerhalb der Stoffwechselkapazität liegt. In diesem Projekt wird die Fähigkeit von H. pseudoflava Synthesegas zu verstoffwechseln und die Kapazität von konstruierten H. pseudoflava-Stämmen Fettsäuren zu produzieren in einem neuen elektromikrobiellen Produktionssystem mit in situ und on demand Bereitstellung von H2 und O2 (aus H2O) und CO (aus CO2) untersucht. Um ein systemisches und quantitatives Verständnis des Elektronentransfers und seines Einflusses auf den Redox- und Energiestoffwechsel dieses carboxydotrophen Bakteriums zu entwickeln, wenden wir Metabolom- und Flussanalysen an und bestimmen kinetische Kennzahlen des Wildtyps und konstruierter Mutanten, die Defekte im Elektronentransfer und Energie- und Redoxstoffwechsel tragen. Die Charakterisierung der Stämme erfolgt bei verschiedenen Gaszusammensetzungen, die durch das optimierte BES bereitgestellt werden. Dieses überwindet zudem die bereits genannten aktuellen Einschränkungen und Limitierungen von bioelektrochemischen Systemen und Gasfermentationen. Die Erkenntnisse werden genutzt, um ein erstes Stoffwechsel- und Elektronentransfermodell des autotrophen Metabolismus von H. pseudoflava zu erstellen, v.a. hinsichtlich der Nutzung verschiedener Elektronenträger, Energie- und Redoxbilanzen. Zudem werden wir H. pseudoflava-Stämme für die Produktion von Fettsäuren konstruieren. Fettsäuren stellen eine ATP- und NADPH-intensive Produktklasse dar. Daher wird die Überproduktion den Metabolismus von H. pseudoflava v.a. unter autotrophen Bedingungen fordern. Eine quantitative Analyse der entwickelten Stämme wird für die Validierung und Verfeinerung des Stoffwechsel- und Elektronentransfermodell verwendet. Dieses Projekt wird neue Möglichkeiten eröffnen, um effiziente elektromikrobielle Produktionsstämme zu konstruieren und um verbesserte Elektrofermentationen künftig zu entwickeln.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Ehemaliger Antragsteller
Professor Dr. An-Ping Zeng, bis 3/2022
