Schließen von Grundwissenslücken zur effizienten Surfactinproduktion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rudolf Hausmann
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398354917

Das Lipopeptid Surfactin, das von Bacillus subtilis nicht-ribosomal gebildet wird, gilt aufgrund seiner außergewöhnlich starken Oberflächenaktivität und verschiedener bioaktiver Eigenschaften als eines der vielversprechendsten Biotenside. Um eine wissensbasierte und effiziente biotechnologische Produktion zu gewährleisten, sind jedoch grundlegende Wissenslücken offen geblieben, die geschlossen werden müssen. Einige der dringlichsten Probleme, die gelöst werden sollen, sind (1) die Surfactin-Biosynthese-Regulation, (2) Sekretion und die (3) putative Surfactin-vermittelte Autoinhibition von B. subtilis.Um dies zu erreichen, soll das Genom von B. subtilis DSM 10T vor weiteren genetischen Manipulation sequenziert werden. Nachfolgend wird die Kompetenzbildung von der Surfactinproduktion getrennt. Um die Expression von der Regulation zu entkoppeln, werden induzierbare Promotoren angewendet. Der Wachstumsstopp durch Kompetenzbildung wird durch die Mutation des comS ORF innerhalb des srfAB verhindert. Ein erwünschter sporulations-defizienter B. subtilis wird durch Deletieren des spo0A-Gens erreicht. Die Überexpression von yerP und ycxA wird getestet, um zu klären, ob eine erhöhte Surfactin-Sekretion das Wachstum von Zellen mit hohen Konzentrationen von Surfactin erleichtert und einen positiven Effekt auf die resultierenden Ausbeuten hat.Die mutmaßliche Surfactin-vermittelte Selbstinhibition von B. subtilis wird vor der Optimierung des Fermentationsverfahrens aufgeklärt. Surfactin wird in adäquaten Mengen produziert und gereinigt, um mehrere Antibiotika-Tests durchzuführen, um die inhibierende Wirkung von Surfactin auf das B. subtilis-Wachstum zu quantifizieren. Schließlich wird die Wirkung einiger kritischer Deletionen in Bioreaktor-Kultivierungsexperimenten analysiert.Für die Bioprozessentwicklung sind in Abhängigkeit von den bisherigen Ergebnissen zwei grundlegende Alternativen vorgesehen. Im Falle einer starken autoinhibitorischen Wirkung von Surfactin auf das B. subtilis-Wachstum wird der Schaum, der durch die Zellen während der Fermentation erzeugt wird, unter Verwendung eines Schaumfraktionierungsverfahrens entfernt. Im Gegensatz dazu wird im Falle der Toleranz von Zellen bis zu einer hohen Konzentration an Surfactin die Fermentation unter Verwendung eines Antischaummittels durchgeführt. Vorläufige Experimente bestimmen, ob das Zellwachstum im Vergleich zu unserem Standard-Fermentationsverfahren signifikant verändert ist.Für die weitere Optimierung werden Fed-Batch-Fermentationen durchgeführt, um die Verbesserung der Surfactinbiosynthese in den genetisch optimierten Stämmen weitergehend zu bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Marius Henkel