Entwicklung eines selbstregulierenden mikrobiellen Systems zur Herstellung von rekombinanten Proteinen aus nachwachsenden Rohstoffen

Pflanzliche Lignocellulose bietet als nachwachsender Rohstoff ein großes Potenzial für die Erzeugung von Energie und neuen Materialien. Sie besteht hauptsächlich aus den Komponenten Lignin, Hemicellulose und Cellulose. Für eine weitere Nutzung müssen diese Polymere zunächst aufbereitet werden. Hauptprodukte sind hierbei verschiedene Kohlenhydrate, welche noch nicht alle zufriedenstellend biotechnologisch verwertbar sind.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die möglichst vollständige mikrobielle Verarbeitung von kohlenhydrathaltigen Lignozellulose-Hydrolysaten. Es handelte sich um ein Gemeinschaftsprojekt der Universität Ulm und der Universität Hohenheim. Das Fachgebiet Bioverfahrenstechnik (Uni Hohenheim) hat langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der mikrobiellen Bioproduktion mit dem Schwerpunkt Prozessentwicklung und Optimierung. Die AG Rosenau (Uni Ulm) befasst sich mit der Entwicklung von peptid- und proteinbasierten Wirk- und Werkstoffen und der Entwicklung von Biomaterialien.

Das Projekt wurde mit dem Bakterium Pseudomonas putida KT2440 durchgeführt. Zunächst wurden durch Metabolic Engineering einzelne auf bestimmte Kohlenhydrate spezialisierte Stämme entwickelt, in Kultivierungsversuchen getestet und hinsichtlich bioprozesstechnischer Effizienzparameter charakterisiert. Im Anschluss wurden die Stämme als Referenz für die Herstellung von (Pharma)proteinen weiter modifiziert, indem ihnen Sequenzen des humanen Serumalbumins und des bovinen Caseins eingefügt wurden. Die erhaltenen Konstrukte wurden hinsichtlich ihrer Eignung als Produktionsstämme evaluiert. Abschließend wurde ein Schwerpunkt auf die Anwendung des mikrobiellen Systems unten realen Bedingungen gelegt, indem die rekombinanten P. putida Stämme auf verschiedenen Lignocellulose- bzw. Hemicellulose-Hydrolysaten als Substrat im Bioreaktor kultiviert und evaluiert wurden.