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Projekt
Untersuchung des Einflusses von Scherkräften auf das morphogenetische Gennetzwerk, die Zellintegrität, mikroskopische und makroskopische Morphologie von Aspergillus niger sowie Bildungsraten intra- und extrazellulärer Produkte
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Rudibert King; Professorin Dr.-Ing. Vera Meyer
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315305620
Hyphenpilze wie Aspergillus niger haben einen festen Stammplatz unter den mikrobiellen Zellfabriken und werden aufgrund ihres großen Sekretionsvermögens als Produktionsorganismen für Proteine eingesetzt. Die Sekretion von Proteinen findet vorrangig über Vesikeltransport an den Hyphenspitzen statt. Neueste Erkenntnisse weisen jedoch darauf hin, dass Proteine ebenso entlang der Hyphe sekretiert werden können. Hyphenwachstum ist nicht nur eng mit dem Sekretionsapparat, sondern auch mit der Zellwandbiosynthese verknüpft, da beide Prozesse die Voraussetzung für myzelförmiges Wachstum bilden. Die Zellwandbiosynthese wiederum erfolgt abhängig von den äußeren Scherstressbedingungen. Je größer die Scherkräfte, desto rigider muss die Zellwand durch verstärkten Einbau von Chitin sein. Je rigider jedoch die Zellwand ist, umso geringer ist die Sekretionsrate von Proteinen entlang der Hyphe. Ziel des Forschungsvorhabens ist eine qualitative und systembiologisch quantitative Analyse von Vorgängen auf verschiedenen Skalen – vom Genom, Transkriptom zum Proteom, von subzellulärer zur Reaktorebene – um ein ganzheitliches Verständnis für die mechanische Belastung und Belastbarkeit des biologischen Systems A. niger unter Produktionsbedingungen zu generieren. Die Verifikation von zwei zentralen Hypothesen soll Handlungsoptionen aufzeigen, wie eine effizientere biotechnologische Produktion mit A. niger erfolgen kann. Diese Hypothesen sind:1) Die apikale Sekretion von Proteinprodukten ist durch die Verfügbarkeit von Vesikeln limitiert, die bei starker Scherbeanspruchung vor allem für die Bereitstellung von Zellwandmaterialien herangezogen werden. 2) Bei geringerer Scherbeanspruchung steht für die Produktsekretion nicht nur eine größere Transportkapazität freier Vesikel zur Verfügung. Durch weniger rigide Zellwände kann vor allem auch eine Sekretion entlang der Hyphe erfolgen und die spezifische Sekretionsrate gesteigert werden.Das Forschungsvorhaben wird ermöglicht durch eine enge intradisziplinäre Zusammenarbeit von zwei Forschungsstellen. Forschungsstelle 1 erstellt genetisch modifizierte A. niger Stämme mit unterschiedlicher Scherkraftsensitivität und Verzweigungsmuster und studiert in diesen Stämmen intrazelluläre Mechanismen der Proteinsekretion mittels Transkriptomanalytik und Konfokalmikroskopie. Forschungsstelle 2 unterzieht instationäre und örtlich verteilte mikroskopische Messdaten aus einer durchströmten Wachstumskammer einer umfassenden quantitativen Analyse und macht sie über eine mathematische Modellierung einer mechanistischen Erklärung zugänglich.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
