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Modellbasierte Konstruktion und Optimierung von vielseitigen Chassis-Hefestämmen zur Herstellung wertvoller Lipid- und Aromastoffe

 

100_1481Warum Hefe?

Denkt man an „Hefe“ würde man vielleicht eher an knuspriges Brot oder an ein kühles Glas Bier denken, als an Kopfschmerztabletten oder an Treibstoff für das Auto. Doch Hefezellen helfen uns nicht nur bei der Brot- und Alkoholherstellung. mehr lesen Sie sind außerdem kleine Fermentationsfabriken, mit denen Chemikalien, Medikamente, Kraftstoffe, Kosmetika und Nahrungsergänzungsmittel hergestellt werden können. Während traditionelle Fabriken mit komplexen Stahlmaschinerien ausgerüstet sind, können Hefezellen durch komplexe biologischen Abläufe die Bausteine vieler nützlicher Biomoleküle produzieren. Einfacher formuliert: Wenn Hefezellenfabriken mit Nährstoffen wie z.B. Zucker gefüttert werden und diese richtig programmiert sind, produzieren sie so wertvolle Produkte für die Industrie.

HDie Mini-Fabriken der Natur

Europa befindet sich auf dem Weg in Richtung einer nachhaltigen und kohlenstoffarmen Wirtschaft. Dementsprechend ist die Entwicklung eines biobasierten und leistungsfähigen Industriesektors ein Schritt in die richtige Richtung. mehr lesen In einer biobasierten Wirtschaft ersetzen biologische Materialien und Systeme die traditionelle Produktion von Kunststoffen, Kosmetika, Lösungsmitteln und Nutrazeutika. Biologische Quellen und Prozesse sind bei der Herstellung von o.g. Produkten nachhaltiger, weniger umweltbelastend und sogar lokal besser verfügbar als viele derzeitig verwendete Methoden. Daher birgt Hefe, als mikrobielle Zellfabrik, ein enormes Potenzial und könnte die aus der Ölindustrie stammenden Moleküle ersetzten. Zudem wird Hefe bereits in vielen Wirtschaftssektoren wie z.B. bei der Herstellung von wichtigen Arznei- und Nahrungsmitteln wie Resveratrol (Antioxidationsmittel in Rotwein) oder bei der Herstellung von Bioethanol und von Vorprodukten für abbaubare Biokunststoffe verwendet.

Arbeiten mit Hefezellen im Labor der Evolva Basel in Reinach BLDie Herausforderung

Die Verwendung von Hefe kann also der Umwelt zugutekommen. Allerdings ist es sehr zeit- und kostenintensiv eine Zelle so aufzubauen oder neu zu programmieren, dass sie das gewünschte Produkt oder Molekül produziert. CHASSY beschleunigt diesen Prozess, indem es robuste und flexible Hefen für unterschiedliche Verwendungszwecke entwickelt. mehr lesen Diese Hefen sind der Ausgangspunkt für Zell-Fabriken, welche an verschiedene Produkte angepasst werden können. Verglichen mit einem Auto, würde das CHASSY Design den Rahmen für verschiedene Autos mit unterschiedlichen Eigenschaften und Stilen bilden. Da das Auto auch ohne eine komplette Neuentwicklung des Fahrgestells an die individuellen Anforderungen angepasst werden kann, spart dies Zeit und Geld. Das wissenschaftliche Prinzip von CHASSY ist einfach: Um Nutrazeutika und andere Produkte aus Hefe herzustellen werden die gleichen Bausteine benötigt, jedoch sind diese Bausteine knapp. Schafft man es also einen Hefestrang so umzuwandeln, dass er eine Vielzahl der üblichen Bausteine produziert, ist die Hefe bereit verschiedene Produkte von kommerziellem Wert und in größeren Mengen herzustellen. Die Herausforderung besteht also darin, herauszufinden wie man Hefe dazu bringt, die richtigen Bausteine zu akkumulieren.

hyperaccumulation de TAGDie Wissenschaft

Um seine Ziele zu erreichen, kombiniert CHASSY einige der neuesten wissenschaftlichen Disziplinen. Mit Hilfe der Systembiologie, können die Wissenschaftler z.B. errechnen, wie sich die Hefe verändern muss, um die richtigen Bausteine zu akkumulieren. mehr lesen Dagegen kann man sich die synthetische Biologie wie ein Toolkit vorstellen, dass diese Änderungen ermöglicht. Zwar sind die Wissenschaftler, die an dem Projekt arbeiten, Spezialisten auf vielen verschiedenen Fachgebieten. Dennoch können sie die Funktionen der untersuchten Hefearten nur vollständig verstehen, wenn sie die verschiedenen Disziplinen miteinander verknüpfen. Sobald die Zellen ausreichend untersucht wurden und relevante Veränderungen eingetreten sind, überprüfen Industriepartner unter welchen industriellen Bedingungen die Hefe überlebt, gedeiht und die gewünschten Verbindungen herstellt.

Arbeiten mit Hefezellen im Labor der Evolva Basel in Reinach BLDer Kontext

CHASSY ist ein Projekt mit insgesamt zehn Partnern und wird im Rahmen des “Industrial Leadership” des EU-Programms “Horizont 2020″ gefördert. Da die Biotechnologie als eine der entscheidenden Schlüsseltechnologien (KET) identifiziert wurde, ist sie für die Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie richtungsweisend.mehr lesen Insbesondere in den Bereichen Freischaltungstechnologie und industrielle Technologie (LEIT) übernimmt „Horizon 2020“ eine Führungsrolle. Dabei konzentrieren sich Teile des „Industrial Leadership Programms“ auf neue Möglichkeiten der industriellen Führung in den Schlüsseltechnologien (KET’s), IKT und Raumfahrt. In diesen Bereichen der Industrie bestimmen Schlüsselkompetenzen die globale Wettbewerbsfähigkeit Europas. Insbesondere der Teil des Programms, der auf neue und bahnbrechende Technologien abzielt, trägt dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit Europas zu steigern, Arbeitsplätze zu schaffen und Wachstum zu fördern. Außerdem unterstützt das Programm die Erreichung der strategischen Ziele in der EU-Industriepolitik. Ein wichtiger Bestandteil der EU-Strategie für Schlüsseltechnologien besteht darin, dass dieser Industriesektor bis zum Jahr 2020 einen Anteil von 20% des gesamten BIP’s der EU ausmachen soll.