Hefe-Pheromone zur Steuerung biotechnologischer Prozesse (HeSPro)

• Antragsteller: Dr. Kai Ostermann; Professor Dr.-Ing. Thomas Walther, seit 9/2018
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275640797

Biotechnische Produktionsprozesse sind - seit deren Industrialisierung in den 40 er Jahren des letzten Jahrhunderts - durch die Verwendung von Reinkulturen dominiert. . Dadurch werden kontrollierte und definierte Konversion von Substraten durch einen definierten Mikroorganismus erreicht. Jedoch ist man auf die Stoffwechselleistung des einzelnen Organismus beschränkt. Durch die Kombination der Stoffwechselleistungen verschieden funktionalisierter Zellen einer Art bzw. Zellen verschiedener Spezies, kann die Variabilität potentieller Stoffwechselleistungen erheblich erweitert werden. Bisher ließ sich die Zusammensetzung und Stoffwechselaktivität von Mischkulturen nur schwer kontrollieren. An diesem Punkt setzt das vorgeschlagene Projekt an.In Vorarbeiten konnte im Labormaßstab gezeigt werden, dass die auf den Pheromonen von Hefen basierende Zell-Zell Kommunikation mit geeignet genetisch modifizierten Zellen zur kontrollierten Signalverstärkung und Modulation sowie dem Aufbau biologischer Sensor-Aktorsysteme genutzt werden kann. Interessanterweise lässt sich dieses System neben der intra-spezies auch zu einer inter-spezies Kommunikation von Hefen nutzen.Dieser synthetisch biologische Ansatz der Nutzung des Hefe-Pheromonsystem zur intra- und inter-spezies Kommunikation von Hefen soll im Rahmen des Projektes zur Steuerung der Zusammensetzung von Konsortien von Hefen in biotechnologischen Prozessen etabliert und die Palette geeigneter rekombinanter Hefen wesentlich erweitert und verbessert werden. Die intra- bzw. Interspezieskommunikation von Hefen soll zur Steuerung von Populationsdynamiken innerhalb eines Reaktors genutzt werden, i.e. Subpopulationen unterschiedlicher Hefen innerhalb eines Reaktors sollen gezielt gesteuert werden. Unterschiedlich funktionalisierte Hefepopulationen werden systematisch in zeitlicher Abfolge aktiviert bzw. deaktiviert. Dies bedeutet die spezifische Expression bzw. Repression eines Gens und der damit einhergehenden Funktionalisierung der Zellen. So sollen verschiedene Stoffwechselleistungen/Expressionen während der Kultivierung im Reaktor sequentiell oder parallel aktiviert werden um die Anwendbarkeit der intra- und inter-spezies Kommunikation von Hefen in biotechnologischen Prozessen zu demonstrieren. Die gewonnenen Daten dienen der Entwicklung von mechanistischen Modellen zur Beschreibung Populationsdynamiken innerhalb von Reaktoren, um eine Strategie für mehrstufige Fermentationsprozesse abzuleiten. Dieses Vorgehen macht eine erhebliche Erweiterung der bisher verfügbaren Hefestämme/Module notwendig. Insbesondere werden Hefen zur gezielten Modulation des Wachstums entwickelt. Neben der für die Hefespezies S. pombe und S. cerevisiae etablierten inter-spezies Kommunikation soll untersucht werden, ob die biotechnologisch sehr relevante Hefe Pichia (P.) pastoris sich mittels auf Pheromonen basierender Kommunikation steuern lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Thomas Bley, bis 9/2018