Bioverfahrenstechnische Evaluierung der temperaturinduzierten Genexpression und Metabolom-Modulation selbstklonierter Saccharomyces Hefen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Becker; Professor Dr. Thomas Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269148392

Die an der Produktion hefefermentierter Getränke beteiligten Saccharomyces Hefen unterliegen verschiedenen Stressoren wie Temperatur, Druck, Sauerstoff- und Nährstoffmangel, die eine starke Regulation der am Metabolismus beteiligten Enzyme bzw. Gene mit sich führen können. Diese Genexpression kann jedoch auch gezielt über prozesstechnische Variationen durch bewusst herbeigeführte Stressinduktionen hervorgerufen werden. Beispielhaft an den Hefen Saccharomyces pastorianus var. carlsbergensis Stamm TUM 34/70 und Saccharomyces cerevisiae Stamm TUM 68 sollen deshalb native Promotoren verschiedener stressinduzierter Gene hinsichtlich ihrer Induktionskonditionen bei Kälte- und Hitzeschock über das grün fluoreszierende Protein eGFP und dessen Fluoreszenzdetektion evaluiert werden. Die Auslösung der Expressionsintensität, die bioverfahrenstechnische Kompatibilität u.a. in Bezug zu Temperatur, Substratverfügbarkeit und physiologischer Zustand der verschiedenen Stressvarianten wird an industriell realisierbaren Prozessparametern kinetisch evaluiert, um einen sinnvollen Einsatz prozessoptimierter Hefen während der Fermentation zu gewährleisten. Ausgewählte Gene (z.B. ATF1 und GPD1), welche produktoptimierende Eigenschaften bezüglich der Biosynthese von Aromastoffen und relevanten Metaboliten wie z.B. nicht-flüchtige Geschmacksstoffe besitzen, sollen daraufhin unter die Kontrolle der evaluierten Promotoren gebracht werden. Die temperaturgesteuerte Aktivierung dieser Expressionssysteme trägt dazu bei, hefefermentierte Getränke hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Effektivität im Lebensmittelsektor zielgenau durch eine angepasste Temperaturführung in ihrem Aroma- und Geschmacksprofil einzustellen, darauf hin zu optimieren und anhand veränderter Metabolitenprofile auch neue Funktionalitäten bereitstellen. Mittels differenzieller off-line-LC/NMR-Analytik, ergänzt durch bereits etablierten HILIC-MS/MS-Methoden sollen Schlüsselmetabolite des Hefestoffwechsels umfassend qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Über unterschiedlich gesteuerte Stressintensitäten wird neben der Ermittlung der Enzymaktivitäten die Stabilität der Proteine (Atf1p und Gpd1p) über den Fermentationsverlauf und vor allem gegen Ende des Fermentationsprozesses studiert. Weiterhin soll der physiologische bzw. metabolische Zustand und die damit verbundene Vitalität der Hefen kontrolliert und die Wachstumskinetiken der modifizierten Hefen nach verschiedenen Stressinduktionen quantitativ untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen