GenoMik-Transfer - Anwendungsorientierte Genomforschung an Mikroorganismen
 
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Verbundprojekt: Essigsäurebakterien
 
Essigsäurebakterien als Biotransformationsfabriken
Laufzeit: 01.10.09-31.07.13
Verbundkoordinator: Prof. Dr. Uwe Deppenmeier, Rhein. Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Bonn
Projektpartner: (alphabetische Reihenfolge)
   Prof. Dr. Michael Bott, Forschungszentrum Jülich GmbH
   Dr. Stephanie Bringer, Forschungszentrum Jülich
   Prof. Dr. Jochen Büchs, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
   Prof. Dr. Uwe Deppenmeier, Rhein. Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
   Dr. Armin Ehrenreich, TU München
   PD Dr. Michael Hoppert, Georg-August-Universität Göttingen
   Prof. Dr. Wolfgang Liebl, Technische Universität München
   Dr. Katharina Nöh, Forschungszentrum Jülich GmbH
   Dr. Marco Oldiges, Forschungszentrum Jülich GmbH
   Prof. Dr. Wolfgang Wiechert, Forschungszentrum Jülich

      Übersicht Teilprojekte


Essigsäurebakterien sind dafür bekannt, eine große Zahl von Zuckern und Polyolen unvollständig und stereoselektiv zu oxidieren. Diese Eigenschaft wird bereits in einigen industriellen biotechnologisch-chemischen Prozessverfahren ausgenutzt. Daher ist die detaillierte Untersuchung dieses Stoffwechseltyps von entscheidender Bedeutung für die Einführung von neuen und verbesserten Produktionsverfahren, die auf dem Prozess der unvollständigen Oxidation beruhen.
Die Genetik, Genregulation und Biochemie der Essigsäurebakterien werden in diesem Netzwerk von den Arbeitsgruppen Deppenmeier/Hoppert, Bringer-Meyer/Bott und Ehrenreich/Liebl analysiert. Die Gruppen haben das gemeinsame Ziel, membran-gebundene Enzyme zu untersuchen, die direkt an den Biotransformationen beteiligt sind. Der Ansatz beinhaltet sowohl die Analyse von Enzymen der Atmungskette und von Proteinen, die direkt an der oxidativen Umsetzung teilhaben, als auch die Identifizierung solcher Enzyme aus nicht-kultivierbaren Essigsäurebakterien. Biomasse der Essigsäurebakterien, die unter verschiedenen aber hoch-definierten Bedingungen in der Arbeitsgruppe Büchs kultiviert wird, dient hierbei als Referenz in dem Konsortium. Metabolom- und Fluxom-Analysen von Produktionsstämmen und Mutanten werden in der Arbeitsgruppe Wiechert/Nöh/Oldiges durchgeführt, wobei Kohlenstoffmarkierungs- experimente und LC-MS/MS-Analysen zum Einsatz kommen und metabolische Stofffluss-Modelle erstellt werden. Dies erfordert u. a. die Etablierung eines robusten Workflows für die Rohdaten-Auswertung. Ziel ist das Design von metabolischen Stoffwechselrouten zur Optimierung der auf Essigsäurebakterien beruhenden Produktionsprozesse. In der Arbeitsgruppe von Dr. Bringer-Meyer und Prof. Bott werden globale Genexpressions- und Proteinprofile erstellt, um die Regulation des Zentralstoffwechsels zu analysieren und für effizientes „metabolic engineering“ zu nutzen. Dr. Hoppert ist Spezialist für die Elektronenmikroskopie und wird Strukturen in den Produktionsstämmen identifizieren, die für eine gesteigerte Biotransformation wichtig sind. Die Arbeitsgruppe von Prof. Büchs entwickelt neue Messvorrichtungen und parallele Kultursysteme um die membrangebundenen Enzyme aus Essigsäurebakterien im Mikrotiter-Plattenmaßstab zu analysieren. Zusätzlich sollen neuartige Methoden zur Optimierung der Bioprozessführung und zum “scale-up” eingeführt werden. Durch die Zusammenführung der oben erwähnten Studien soll eine effektive Stammentwicklung ermöglicht werden. Insgesamt sind vier Firmen in das Netzwerk eingebunden, die sich für die Ergebnisse und deren Umsetzung in industrielle Anwendungen interessieren. Die Zielrichtung der Projektgruppen im Netzwerk ist anwendungsorientiert und kombiniert Methoden der Genomforschung, der Stammentwicklung, der Rechner-gestützten Modellierung und der Bioprozesstechnik. Der Fokus liegt hier auf der Herstellung von Verbindungen mit neuartigen funktionellen Eigenschaften und industrieller Relevanz. Die Ziele umfassen auch die Verbesserung der Produktivität der Essigsäurebakterien im Hinblick auf Stabilität, Robustheit und die verbesserte Effizienz der bereits bestehenden industriellen Verfahren und die Entwicklung neuer Anwendungen.