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Lean Production in der Bakterienwelt

Insilico Biotechnology stellt mit Modellen und Simulationen die Weichen, um die Bioproduktion von unnötigem Ballast zu befreien. Bakterien für die industrielle Bioproduktion sollen in Zukunft von Stoffwechselwegen und Produkten befreit werden, die sie nur in der freien Natur für Überlebens- und Anpassungsstrategien brauchen. Die Basis dafür legt ein BMBF-gefördertes Forschungsprojekt, an dem Insilico Biotechnology beteiligt ist.

Corynebacterium-glutamicum © wikipedia

Der Minimalismus hält Einzug in die mikrobielle Wertstoffproduktion: Nach den systemweiten Ansätzen zur Stoffwechseloptimierung in Produktionsstämmen wird jetzt nach Wegen gesucht, das Bakteriengenom von allen im Fermenter nicht benötigten Genen und den entsprechenden Stoffwechselvorgängen zu befreien. »Auch in der Natur kommt es immer wieder zu Genomreduktionen, etwa wenn eine Bakterienart dauerhaft eine Nische mit stabilen Umweltbedingungen besiedelt, so dass keine wechselnden Anpassungsleistungen der Organismen mehr nötig sind. Das Reduktionspotenzial wollen wir nutzen, um eine deutlich effizientere Bioproduktion im Fermenter zu ermöglichen«, sagt Insilico-Vorstand Klaus Mauch.

Sein Team und die weiteren Projektpartner aus Forschung und Industrie vereinen ihr Wissen, um zunächst Gene zu identifizieren, die als nicht-essenziell im Lebensraum Fermenter eingestuft werden können. Die Stoffwechsel-Modellierungen und -Simulationen von Insilico Biotechnology sind dabei wichtige Helfer. Da die Genreduktion zunächst am Beispiel eines verbreiteten Produktionsstammes von Corynebacterium glutamicum etabliert werden soll, kann Insilico auf Know-how und Daten zurückgreifen, die das Unternehmen und seine Partner bereits in anderen Projekten erarbeitet haben – ein nicht zu unterschätzender Synergievorteil.

Im Labor wird dann mithilfe des Genetic Engineering das Genom entsprechend den In-silico-Vorhersagen reduziert, indem essenzielle Gene zusammengefasst und nicht-essenzielle Gene entfernt werden. Die so entstehenden Stämme werden, ebenfalls im Labor und unter Produktionsbedingungen, auf ihre Leistungsfähigkeit getestet. Insilico wird ergänzend modellbasierte Analysen zum gesamten Stoffwechselumsatz durchführen, um weiteres Optimierungspotenzial zu erschließen.

In einem besonderen Teilprojekt soll geprüft werden, ob und inwieweit durch Genreduktion die Bakterien zur Fixierung des klimarelevanten Gases CO2 genutzt werden können. Normalerweise spielt die Nutzung von CO2 nur eine sehr untergeordnete Rolle im Stoffwechselrepertoire von Corynebacterium – hier soll sie durch Eingriffe in das Genom bevorzugt ablaufen.

Das ambitionierte Projekt hat eine Laufzeit von zunächst drei Jahren und wird in dieser Zeit mit rund 2,5 Millionen Euro vom BMBF gefördert. Anschließend besteht die Aussicht auf eine Förder-Verlängerung um weitere drei Jahre. Neben Insilico ist als Industriepartner die Evonik Industries AG beteiligt, außerdem Forschergruppen des Forschungszentrums Jülich sowie der Universitäten Köln und Bielefeld.

Über Insilico Biotechnology:
Insilico Biotechnology gestaltet und optimiert biotechnologische Prozesse für die chemische und pharmazeutische Industrie. Insilico hat die international anerkannte Expertise und eine weltweit einzigartige Technologie-Plattform, um Zellmodell-Bibliotheken mit Simulationsverfahren zu verknüpfen. Insilico wertet jeweils die neuesten biotechnologischen Daten aus und integriert sie in genomweite Netzwerkmodelle. Mithilfe von Höchstleistungscomputern entstehen neue und verbesserte Lösungen zur Herstellung von Biochemikalien und Biopharmazeutika, und die Entwicklungszeiten von Bioprozessen werden verkürzt.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/pm/lean-production-in-der-bakterienwelt