Vibrio natriegens als neues Arbeitstier der Industriellen Biotechnologie

• Antragsteller: Professor Dr. Bastian Blombach
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409172861

Die Produktivität industrieller Fermentationsprozesse ist wesentlich durch die Biomasse-spezifische Substratverbrauchsrate (qS) des mikrobiellen Systems limitiert. Da der qS von der Wachstumsrate (Gamma) abhängig ist, identifizierten wir in einer Literaturrecherche Vibrio natriegens als potentielles neuartiges Arbeitstier für zukünftige biotechnologische Verfahren. V. natriegens ist das nicht-pathogene Bakterium mit den höchsten Wachstumsraten auf unserem Planeten. Vorarbeiten mit diesem Organismus bestätigten das schnelle Wachstum auf BHIN-Komplexmedium mit Verdoppelungszeiten von 9.4 Minuten und zeigten, dass V. natriegens eine Vielzahl industriell relevanter Substrate verstoffwechseln kann. Darüber hinaus wächst V. natriegens sowohl aerob als auch anaerob und zeigt in Minimalmedium mit Glukose dabei außergewöhnlich hohe qS-Werte von 3,90 ± 0,08 g g-1 h-1 (aerob) und 7,81 ± 0,71 g g-1 h-1 (anaerob), welche signifikant höher sind als derer etablierter mikrobieller Systeme. Auch ruhende Zellen unter anaeroben Bedingungen blieben metabolisch aktiv (qS = 1,02 ± 0,05 g g-1 h-1) und bildeten die Fermentationsprodukte Acetat, Laktat, Succinat, Formiat, Alanin und Ethanol mit volumetrischen Produktivitäten (QP) zwischen zwischen 1,7 and 4,3 g L-1 h-1. Der kumulative QP der ausgeschiedenen Produkte lag bei 17,7 ± 0,1 g L-1 h-1.Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist es V. natriegens als neuartige Produktionsplattform für die Industrielle Biotechnologie zu etablieren und das Potential dieses Organismus für zukünftige Arbeiten hervorzuheben. Zur Realisierung dieses Ziels soll mittels globaler Transkriptions- und Metabolomanalysen eine transkriptionelle und metabolische Landkarte unter relevanten Prozessbedingungen als Grundlage für weiterführende Metabolic Engineering-Studien erstellt werden. Die bereits etablierte molekularbiologische Werkzeugkiste soll genutzt werden um V. natriegens-Stämme für die aerobe und anaerobe Produktion von L-Valin und Succinat zu konstruieren. Für die entwickelten Stämmen sollen Fermentationsverfahren etabliert und optimiert werden die bezüglich ihrer Leistungsdaten überlegen zu bestehenden literaturbeschriebenen Prozessen sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen