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Projekt
Massgeschneiderte Elektrofermentation mit metabolisch optimierten Stämmen von Pseudomonas putida
Antragsteller
Dr. Jens Krömer; Professor Dr. Christoph Wittmann
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445908911
Das Projekt ePseudomonas zielt auf die Entwicklung einer effizienten bio-elektrochemischen Plattform ab, die metabolisch optimierte Stämme des Bodenbakteriums Pseudomonas putida verwendet, um kommerziell attraktive Säuren, Keto-Säuren und Aldarsäuren herzustellen.Die gewünschte Umwandlung erfolgt dabei in einem bio-elektrochemischen System, das durch einen Elektronenstrom von Zytochromen des Bakteriums über extern zugegebene Mediatorsubstanzen - wie zum Beispiel Ferricyanide oder Kobalt-Polypyridin-Komplexe - zu einer Anode angetrieben wird. Wie in früheren eigenen Arbeiten gezeigt werden konnte, liefert dieser Ansatz 2-Ketogluconat (aus Glukose) mit attraktiver Ausbeute, übertriff, wie am Beispiel der Bildung von p-Hydroxybenzoat (aus Citrat) gezeigt, sogar konventionelle aerobe Prozesse und verspricht darüber hinaus, auch eine Reihe weiterer Konversionen zu interessanten Produkten zu katalysieren. Die Nutzung externer Mediatoren hat mehrere Vorteile: (i) die Mediatormenge ist extern steuerbar, (ii) eine metabolische Belastung für eine zelleigene Mediatorsynthese kann vermieden werden, (iii) das Redoxpotential und damit die thermodynamische Triebkraft des Systems kann aus einem Spektrum von Substanzen gezielt gewählt werden und (iv) konventionelle Reaktoren mit vereinfachten Möglichkeiten zur Hochskalierung sind nutzbar. Interessanterweise ermöglicht das System einen vollständig anoxischen Stoffwechsel von P. putida, das natürlicherweise als obligat aerobes Bakterium bekannt ist und in der Biotechnologie bisher ausschließlich in oxischen Prozessen zum Einsatz kommt.Um das ambitionierte Gesamtziel zu erreichen, wird ePseudomonas fünf Teilziele erarbeiten: (i) Etablierung und Durchführung systembiologischer Analyse bio-elektrochemisch kultivierter Zellen auf der Ebene von Transkriptom, Proteom, Metabolom und Fluxom, (ii) Zusammenführung der Daten zu einem detaillierten quantitativen Verständnis des weitgehend unverstandenen elektrogenen Lebensstils der Mikrobe, (iii) schrittweise Verbesserung der elektrogenen Leistungsfähigkeit durch genetische Optimierung mit Hilfe der synthetischen Biologie, (iv) Untersuchung verschiedener Zucker- und Nichtzuckersubstrate auf ihre Eignung zur Konversion in die entsprechenden Säuren, Ketosäuren und Aldarsäuren, sowie (v) Entwicklung und Etablierung eines Bioprozesses im Labormaßstab zur Bewertung der neuen Produktionsstämme und zur Demonstration.Dafür bauen die beiden beteiligten Partner auf gemeinsamen Arbeiten zur Elektrobiotechnologie auf und bündeln ihre Expertise in den Bereichen Bioelektrochemie (AG Krömer, UFZ Leipzig) und Systems Metabolic Engineering (AG Wittmann, Universität des Saarlandes).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
