Triacylglycerin-Synthese in Cyanobacterien

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Dörmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457134364

Cyanobakterien sind photosynthetische Bakterien, die ähnlich wie Grünalgen und Pflanzen eine oxygene Photosynthese durchführen. Cyanobakterien speichern Kohlenstoff hauptsächlich in Form von Glykogen und Polyhydroxybutyrat (PHB). Die Frage, ob Cyanobakterien Öl (Triacylglycerin, TAG) speichern können, wie es in den meisten eukaryotischen Zellen vorkommt, war unklar. Wir haben kürzlich gezeigt, dass das Modell Cyanobacterium Synechocystis PCC6803 eine Acyltransferase, slr2103, enthält, die in der Lage ist, TAG und Wachsester (Phytylester) zu synthetisieren, wenn sie in E. coli exprimiert wird. Der entsprechenden Knock-out-Mutante von Synechocystis, Δslr2103, fehlen TAG und Phytylester. Die Entdeckung des TAG-Synthesewegs in Cyanobakterien öffnet den Weg für biotechnologische Anwendungen, d.h. die Verwendung von Cyanobakterien für die Ölproduktion. Die Menge der Öl-Akkumulation in Synechocystis ist extrem gering. Um die Ölproduktion zu steigern, werden wir das Gen slr2103 in Synechocystis überexprimieren. Wir werden außerdem Fettsäure-aktivierende Enzyme (aas, fadD) überexprimieren, um mehr Acyl-Gruppen für die TAG-Synthese bereit zu stellen. Zusätzlich werden wir die TAG-Akkumulation in Mutanten messen, denen Glykogen (ΔglgC) oder PHB (ΔphaCE) fehlen, um die Frage zu beantworten, ob Kohlenstoff in die Ölsynthese umgeleitet werden kann. Wir wollen nach Bedingungen suchen, unter denen sich Öl in Synechocystis und anderen Cyanobakterien in höheren Konzentrationen ansammelt. Filamentöse Cyanobakterien wie Anabaena oder Nostoc bilden Sporen (Akineten). Wir werden testen, ob sich während der Sporenbildung Öl ansammelt. Wir werden auch thermophile Cyanobakterien, Fischerella/Mastigocladus und Thermosynechococcus, hinsichtlich der Ölansammlung während des Wachstums bei hohen Temperaturen untersuchen. Pflanzen enthalten slr2103-ähnliche Acyltransferasen, PES1 und PES2 (Phytylestersynthase). Es wurde zuvor gezeigt, dass die Doppelmutante Arabidopsis pes1 pes2 frei von Phytylestern ist. Wir werden slr2103 aus Synechocystis in die Doppelmutante pes1 pes2 einführen und auf Komplementation testen. Diese Experimente werden helfen, die Rolle der Speicheröl-Synthese in Cyanobakterien und Pflanzen zu verstehen. Sie werden die Grundlage für die potenzielle Entwicklung von Cyanobakterien mit hohem Ölgehalt für biotechnologische Anwendungen sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen