Forschung

Hefezellfabriken

Unbenannt Hefe wird seit jeher bei der Herstellung von Bier, Brot und Wein verwendet. Die Fortschritte in der Ingenieurtechnik haben es den Wissenschaftlern ermöglicht, den Hefestoffwechsel zu modifizieren, um Medikamente (z. B. Insulin und Opioide), Chemikalien (z. B. Milchsäure), Nutrazeutika (z. B. Resveratrol) und Biokraftstoffe herzustellen. mehr lesen
Das CHASSY-Projekt wird mit Saccharomyces cerevisiae, der ursprünglichen Zellfabrikhefe und zwei weiteren Stämmen arbeiten, die spezifische industrielle Vorteile aufweisen. Kluyveromyces marxianus, eine thermotolerante Hefe mit einer sehr hohen spezifischen Wachstumsrate und Yarrowia lipolytica, die auf hydrophoben Substraten wachsen und intrazelluläre Lipide anreichern kann.
Die heutigen Hefezellenfabriksstämme sind aufgrund der begrenzten Vorläuferversorgung, der geringen Produkttoleranz und der mangelnden Vielseitigkeit auf das Niveau des Proof-of-Prinzips beschränkt. CHASSY plant und baut robuste, effiziente Hefezellen-Fabrik- oder Chassis-Stämme für die industrielle Produktion hochwertiger Compounds.

Systembiologie

Unbenann2tDie Systembiologie untersucht alle Netzwerke, die in einer Zelle, einem Organ oder einem ganzen Organismus existieren. Auf der Ebene der Einzelzellen gibt sie einen ganzheitlichen Überblick darüber, welche Gene in Proteine transkribiert werden, wie diese Proteine (Enzyme) die Reaktionen in der Zelle antreiben und wie sich diese Reaktionen aufeinander auswirken. mehr lesenBiologen, Ingenieure und Informatiker arbeiten eng zusammen, um biologische Daten zu sammeln, Technologien zur Analyse der Daten zu entwickeln und Modelle für das Verständnis und die Nutzung der Daten zu entwickeln: Mit Hilfe eines systembiologischen Ansatzes, bei dem Hefemodelle auf Ganzzellbasis verwendet werden, werden metabolische Netzwerke für die Produktion von optimierten Niveaus wichtiger biosynthetischer Vorprodukte, die für die Produktion hochwertiger Verbindungen notwendig sind, neu konfiguriert. Um die für das Metabolic Engineering relevanten Targets zu identifizieren, werden Daten aus Genomik, Transkriptomik und Proteomik-Experimenten genutzt, um verbesserte Stoffwechselmodelle für alle drei Hefen im Genommaßstab zu erstellen.

GEMs und Genome Engineering

Der Aufbau eines genomischen Stoffwechselmodells eines Hefestamms erfordert die Rekonstruktion aller Stoffwechselnetze in der Zelle. Die erste Hefe GEM von Saccharomyces cerevisiae wurde 2003 veröffentlicht. mehr lesenFortschritte in der Methodik, wie die Integration quantitativer Daten über mRNA, Protein- und Metabolitenniveaus und die Anwendung der Fluxbilanzanalyse verbessern die Leistungsfähigkeit und Vorhersageeigenschaften von GEMs. Verbesserte GEMs bilden die Grundlage für die Entwicklung von Engineering-Strategien zur Optimierung und Reprogrammierung des Stoffwechsels mittels synthetischer Biologie.

Synthetische Biologie

Seit vielen Jahrhunderten wählt der Mensch in einer Art erwünschte Eigenschaften aus und überträgt sie auf eine andere Art, z. B. Kreuzungen in Pflanzen. Nun, da die Wissenschaftler ein besseres Verständnis der Genetik haben, haben sie Werkzeuge entwickelt, um den Transfer von genetischem Material und den damit verbundenen Merkmalen auf eine viel kontrolliertere Weise zu ermöglichen – die Gentechnik. Die Synthetische Biologie geht einfach noch einen Schritt weiter, indem sie synthetisches genetisches Material, das es in der Natur nicht gibt, erschafft und dem Erbgut eines Organismus hinzufügt. mehr lesenDie in diesem Projekt hergestellten Chassisstämme werden für die Synthese der für die Produktion wertvoller Lipid- und Aromatenverbindungen notwendigen Schlüsselvorläufermoleküle optimiert. Gene und Allele, die den Hefestämmen eine erhöhte industrielle Robustheit verleihen, werden auch in die Chassishefe eingebracht. Für diese hochwertigen Metaboliten werden Prototypen-Produktionsstämme entwickelt und unter industriellen Bedingungen getestet. Insgesamt werden die in CHASSY etablierten Methoden dazu führen, dass für zukünftige innovative Anwendungen mehr Chassis-Stämme entstehen.