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Projekt
Kontrolle von Monospezies und Multispezies Pellet-Heterogenitäten und deren Auswirkungen auf Produktbildung in der Zellfabrik Aspergillus niger
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Heiko Briesen; Professorin Dr.-Ing. Vera Meyer; Professor Dr. Peter Neubauer
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427889137
Filamentöse Pilze, wie zum Beispiel Aspergillus niger, sind Zellfabriken, die in der Biotechnologie für die Produktion von organischen Säuren, Proteinen und bioaktiven Stoffen verwendet werden. Die Ausbildung von unterschiedlichen pilzlichen Makromorphologien, wie dispergiertes Myzel oder Pelletstrukturen, ist jedoch ein schwer kontrollierbarer multifaktorieller Prozess, der jedoch Produktivitäten limitiert.Das Ziel des Projektes ist das mechanistische Verständnis der Entstehung von heterogenen makromorphologischen Strukturen von Aspergillus niger, die in Rührkesselbioreaktoren und wellendurchmischten Bioreaktoren beobachtet werden - sowohl innerhalb als auch zwischen verschiedenen makromorphologischen Populationen. Obwohl Heterogenitäten innerhalb von Populationen und innerhalb eines Bioreaktors seit Langem bekannt sind, ist die genetische Basis sowie Möglichkeiten, wie man in den Prozess rationell eingreifen kann, bisher nicht systematisch untersucht worden. Auch sind Zell-Zell und Zell-Bioreaktor-Interaktionen für filamentöse Pilze nur wenig verstanden.Um die Entwicklung von Mono-Spezies (A. niger) und Multi-Spezies (A. niger und S. coelicolor) Pelletmorphologien, sowie deren Einfluss auf das Produktportfolio von A. niger (Zitronensäure, Glukoamylase, Enniatin B) und die Bildung neuer Naturstoffe durch die Anwesenheit des filamentösen Bakteriums S. coelicolor umfassend zu verstehen, werden verschieden Prozessdesigns (Rührkessel-, wellendurchmischter Bioreaktor) und Kultivierungsschemata untersucht. Der Einfluss dieser Faktoren auf Wachstum, Physiologie, Morphologie und Produktbildung von A. niger wird durch den Einsatz verschiedener online und offline Mikroskopietechniken, Viabilitätsanalysen, Transkriptom- und Metabolomanalysen sowie durch Röntgen-Mikrocomputertomografie untersucht. Das Ziel ist es sowohl die genetischen als auch die prozesstechnischen Mechanismen der Entwicklung von Populationsheterogenitäten zu verstehen, welche Hyphenwachstum und Produktbildung bestimmen. Durch die Identifikation genregulatorischer und metabolischer Signalwege innerhalb sich verändernden Prozessumgebungen können Genschalter in A. niger definiert werden, deren zielgerichtete Manipulation die Produktivität dieser Zellfabrik während industrieller Prozesse erhöhen kann – im Hinblick auf Produktbildung und verbesserte Makromorphologien. Ein Verständnis der Auswirkungen des Prozessdesigns auf das biologische System wiederum werden zu einer optimierten Prozesskontrolle beitragen. Ein Multiskalen-Modell, welches die Bildung von makromorphologischen Heterogenitäten mit der Sauerstoffverfügbarkeit und Produktbildung koppelt wird entwickelt werden. Somit könnte ein modellbasiertes Prozessdesign für verbesserte Bioprozesse in Zukunft möglich werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
