Konstruktion von Pseudomonas putida zu einer Biofabrik zum Abbau von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen: Ein metabolischer und evolutionärer Ansatz

• Antragsteller: Dr. Paul Matthay
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543786638

Unser Alltag wäre ohne per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) undenkbar. Diese Gruppe von Chemikalien besteht aus Tausenden von Verbindungen, die durch zahlreiche Kohlenstoff-Fluor-Bindungen gekennzeichnet sind, die stärkste Bindung in der organischen Chemie. Diese Bindungen verleihen PFAS industriell hochgefragte Eigenschaften, weswegen sie weit verbreitet sind, beispielsweise als Tenside, Lösungsmittel und Pestizide oder bei der Herstellung von Elektronikprodukten. Leider fordert der massive industrielle Einsatz von PFAS einen hohen Tribut: Die starken Bindungen machen sie praktisch nicht abbaubar, was zu einer enormen weltweiten PFAS-Kontamination führt. Selbst in den unberührten Regionen der Antarktis wurden Spuren von PFAS gefunden, ebenso wie in fast jeder Blutprobe, die in Studien in Deutschland, Dänemark und dem Vereinigten Königreich genommen wurde. Schrecklicherweise gehen von PFAS zahlreiche Gesundheitsrisiken aus, unter anderem Nieren- und Leberschäden, Entwicklungsstörungen bei Kindern sowie der Verdacht auf krebserregende Wirkungen. Aus diesen Gründen wäre ein effizienter Abbau von PFAS ein erheblicher Vorteil für die Gesellschaft und Umwelt. Leider sind die derzeit erhältlichen physikalischen und chemischen Abbaumethoden kostspielig und nicht in großem Maßstab anwendbar. In diesem Forschungsprojekt möchte ich eine alternative, mikrobielle Abbaumethode identifizieren und erforschen. Bei der Suche nach geeigneten Abbauverfahren wurde der biologische Abbau bislang weitgehend ignoriert, obwohl die ersten Ergebnisse vielversprechend sind. In diesem Projekt werde ich einen neuen Ansatz verfolgen, um einen mikrobiellen PFAS-Abbau zu konstruieren, indem ich den Modellorganismus Pseudomonas putida genetisch, metabolisch und evolutionär verändere und optimiere. Für Pseudomonas putida sind eine Fülle von genetischen und physiologischen Informationen verfügbar, was die Konstruktion von Zellen vereinfacht. Zudem gehört Pseudomonas putida zur biologischen Schutzstufe 1, was es für Menschen und die Umwelt unschädlich macht, was für künftige Anwendungen entscheidend ist. In diesem Forschungsprojekt werden Zellen in Gegenwart verschiedener PFAS kultiviert, um die evolutionäre Landschaft und metabolischen Grenzen zu erschließen. Geeignete PFAS werden in groß angelegten Evolutionsexperimenten weiter erforscht: Zellen werden kontinuierlich mit PFAS als einziger Kohlenstoffquelle wachsen gelassen. Mutationen werden auftreten, die es Zellen ermöglichen, Fluor effizienter zu entfernen und mit dem freigesetzten Kohlenstoff zu wachsen. Die Identifizierung, Wiedereinführung und Kombination dieser Mutationen wird es mir nicht nur ermöglichen, den mikrobiellen Abbau von PFAS besser zu verstehen, sondern auch Zellen zu konstruieren, die in der Lage sind, PFAS abzubauen. Damit sind die ersten Schritte getan, um einen alternativen, mikrobiellen Weg zur Bekämpfung von PFAS für die Allgemeinheit zur Verfügung zu haben.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeberin: Professorin Paola Laurino, Ph.D.