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Projekt
optiMEET - Optimierung des vermittelten extrazellulären Elektronentransfers für Cupriavidus necator
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Dirk Holtmann; Dr. Oliver Lenz
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536355345
Cupriavidus necator ist ein idealer Kandidat für die elektromikrobielle Produktion von wertschöpfenden Verbindungen, da es alle Vorteile vereint, die für effiziente elektromikrobielle Prozesse erforderlich sind: i) Als fakultativ chemolithoautotrophes Bakterium wächst es schnell zu hohen Zelldichten auf einer Vielzahl von Substraten, einschließlich CO2/H2. ii) Die Verfügbarkeit seiner vollständigen Genomsequenz sowie genetischer Hilfsmittel ermöglicht eine einfache gentechnische Veränderung. iii) C. necator betreibt sowohl aerobe als auch anaerobe Atmung. Im laufenden Projekt haben die Antragsteller die folgenden Teilprojekte bearbeitet: - Ein Küvetten-basiertes Screening-Tool für elektrochemische Untersuchungen mit Mikroben wurde entwickelt und validiert. - Es wurden vier parallele Elektrobioreaktoren etabliert, um skalierbare elektromikrobielle Prozesse durchzuführen. - Für C. necator wurde eine anodische Atmung, die auf einem mediator-vermittelten Elektronentransfer beruht, etabliert, und es wurden Proteine identifiziert, die wahrscheinlich an diesem Elektronentransfer beteiligt sind. - Vibrio natriegens wurde als ein weiterer Organismus identifiziert, der künstliche Redox-Mediatoren für die anodische Atmung nutzen kann. - Das Ausmaß der Toxizität von künstlichen Redox-Mediatoren wurde mit Zellkulturen bestimmt. - Die homologe und heterologe Überproduktion von CymA/NapC-Metalloproteinen in der Cytoplasmamembran wurde untersucht, um den Elektronentransfer vom Chinonpool zu (künstlichen) periplasmatischen Elektronenakzeptoren zu verbessern. - Das SpyTag/SpyCatcher-System wurde für die systhetische kovalente Kopplung periplasmatischer Redox-Enzyme sowohl in vitro als auch in vivo entwickelt. Damit sind Hauptziele des Projekts bereits erreicht, was bisher zu vier begutachteten Veröffentlichungen geführt hat. Eine weitere Veröffentlichung wird derzeit begutachtet und zwei weitere sind in Vorbereitung. Auf der Grundlage von Vorarbeiten planen die Antragsteller im Folgeprojekt die folgenden Projekte: - Erarbeitung eines soliden Verständnisses des vermittelten Elektronentransfers auf der Grundlage von Gen-Knockout- und Überexpressionsstämmen von C. necator. - Computational Fluid Dynamics-gestütztes Scale-up von Elektrobioreaktoren. - Modellbasierte Optimierung der Interaktion zwischen Elektroden, künstlichen Redox-Mediatoren und lebenden Mikroorganismen. - Übertragung des Wissens über den vermittelten Elektronentransfer und die künstliche Kopplung von Redoxproteinen im Periplasma auf andere Organismen (S. oneidensis und V. natriegens). Die Hauptziele des Projekts "Optimierung des vermittelten Elektronentransfers für Cupriavidus necator" bestehen darin, ein tiefes Verständnis der Anodenatmung sowie der elektrosynthetischen Eigenschaften von C. necator zu erlangen, die Erkenntnisse auf größere Reaktorvolumina zu übertragen und die allgemeinen Prinzipien des künstlichen (extrazellulären) Elektronentransfers auf andere Organismen anzuwenden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Dr. Stefan Frielingsdorf
