Heterologe Produktion des Organohalid-Respirationskomplexes aus Dehalococcoides mccartyi Stamm CBDB als universelles Energiemodul zur nachhaltigen Chemikaliensynthese in grampositiven, autotrophen Bakterien

Stipendiatin/Stipendiat: Marie Eberwein

Um Chemikaliensynthesen nach den Prinzipien der zirkulären Ökonomie zu gestalten, ist es wichtig, auf nachwachsende Rohstoffe zurückzugreifen und den Einsatz erneuerbarer Energien bei den Produktionsprozessen zu fördern. Die Circular Economy muss dabei sowohl „innere“ Kreisläufe betrachten, die eine lange und effiziente Nutzung von Produkten ermöglichen, als auch „äußere“ Kreisläufe neu ausrichten, wenn eine Wiederverwendung von Produkten nicht möglich ist. Aktuell erfolgt der Großteil der Chemikaliensynthesen auf Erdölbasis durch lineare Produktionsverfahren, bei denen fossile Energieträger gleichzeitig als Energiequelle und chemische Grundstoffe verwendet werden. Solange für chemische Synthesen auf fossile Ressourcen zurückgegriffen wird, bleibt die Kreislaufwirtschaft unerreichbar. Im Rahmen meines Antrages möchte ich ein technisches Konzept vorstellen, wie mit regenerierbarem Strom Chemikalien, im Sinne einer zirkulären Wirtschaft der „äußeren“ Kreisläufe, aus ihren anorganischen Bestandteilen mit Hilfe von mikrobiellen Produktionsstämmen synthetisiert werden können. Der aus Proteinen zusammengesetzte Atmungskomplex aus dem Bakterium Dehalococcoides mccartyi Stamm CBDB1 kann als Antrieb für eine solche mikrobielle Fabrik genutzt werden, indem der Proteinkomplex einen mikrobiellen Produktionsstamm mit der für Synthesen benötigten Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) versorgt. Da Dehalococcoides Stämme für biotechnologische Anwendungen und als Produktionsstämme aus vielen Gründen ungeeignet sind, wird das Hauptziel meiner Arbeit darin bestehen, den Atmungskomplex in Produktionsstämmen, wie Bacillus subtilis oder Bacillus megaterium, die anschließend als Chassis zur nachhaltigen Produktion von Chemikalien eingesetzt werden können, heterolog zu produzieren. Da im Gegensatz zu den allermeisten anderen biologischen Atmungssystemen alle Proteine des Atmungskomplexes in Dehalococcoides nach außen hin orientiert und somit von außen zugänglich sind, kann der Komplex mit Hilfe einer Elektrode mit Elektronen (aus nachhaltigem Strom) versorgt werden. Der Elektronenfluss durch den membranständigen Atmungskomplex würde zum Aufbau eines Membranpotentials führen, das in der ATP-Synthese mittels ATPase resultiert. ATP würde letztendlich als universelle „Energiewährung“ sämtliche Synthesen innerhalb des Produktionsstammes mit Energie versorgen.

Förderzeitraum:
01.09.2022 - 31.08.2025

Institut:
Technische Universität Berlin
Institut für Biotechnologie
Fachgebiet Geobiotechnologie

Betreuer:
Prof. Dr. Lorenz Adrian

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: https://www.ufz.de/index.php?de=49428