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Projekt
Synthetische Mischkultur von Clostridium carboxidivorans und rekombinanten Clostridium kluyveri zur Herstellung von längerkettigen Alkoholen aus CO-reichem Synthesegas (SynCoClos)
Antragsteller
Professor Dr. Wolfgang Liebl; Professor Dr.-Ing. Dirk Weuster-Botz
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427995829
In der ersten Förderperiode konnten synthetische Mischkulturen von autotrophen C. carboxidivorans und kettenverlängernden C. kluyveri erfolgreich in kontrollierten Rührkesselreaktoren mit kontinuierlicher CO/CO2-Begasung etabliert werden. Die individuelle Messung der Zellkonzentrationen der beiden Stämme mittels Durchflusszytometrie nach Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH-FC) hat sich dabei als ein wertvolles Werkzeug zur Erforschung von Bioprozessen mit Mischkulturen erwiesen. Bei diesen Untersuchungen stellte sich heraus, dass die CO-Empfindlichkeit von C. kluyveri der limitierende Faktor in einer autotrophen Mischkultur mit C. carboxidivorans ist. Das Wachstum von C. kluyveri ist bei erhöhten CO-Konzentrationen stark reduziert, aber die Zellen bleiben lebensfähig und metabolisch aktiv. Bei niedrigen CO-Konzentrationen wächst C. kluyveri zwar, die Fähigkeit von C. carboxidivorans Alkohole zu bilden, ist jedoch eingeschränkt.Daher wird in der zweiten Förderperiode das Augenmerk zunächst auf die Erhöhung der CO-Toleranz von C. kluyveri gerichtet. Durch automatisierte adaptive Laborevolution (ALE) in Rührkesselreaktoren sollen C. kluyveri-Stämme erzeugt werden, die auch bei erhöhten CO-Partialdruck wachsen können. Über Genomsequenzierung der evolvierten Stämme sollen die Mutationen im Genom identifiziert werden. Ausgewählte mutierte Gene werden im C. kluyveri Wildtyp exprimiert (reverse engineering), um die Mutationen zu identifizieren, die zur CO-Toleranz führen. Parallel dazu soll eine Aldehyd- und Alkoholdehydrogenase (AdhE) in C. kluyveri exprimiert werden, um die Bildung von reduzierten Endprodukten zu verbessern und damit auch die CO-Toleranz zu erhöhen. Ausgewählte CO-resistente C. kluyveri-Stämme werden nachfolgend mit C. carboxidivorans in einer synthetischen Mischkultur kombiniert, um eine effiziente mikrobielle Co-Produktion von mittelkettigen Alkoholen aus CO/CO2 zu ermöglichen. Mit Hilfe von Flussbilanzanalysen sollen vorteilhafte Verhältnisse der beiden Stämme und begrenzende Stoffwechselaktivitäten im Co-Kultivierungsprozess ermittelt werden, um durch geeignete Reaktionsbedingungen eine optimale Hexanolbildung aus CO/CO2 zu ermöglichen. Durch die synergistische Kombination von verfahrenstechnischen und gentechnischen Strategien soll die quantitative Charakterisierung, das wissenschaftliche Verständnis und die Nutzung dieser synthetischen Mischkultur für die Herstellung von mittelkettigen Alkoholen aus CO/CO2 erreicht werden.Die genetischen Arbeiten zur Verbesserung von C. kluyveri für die Mischkultur erfolgen durch die Arbeitsgruppe von Wolfgang Liebl / Armin Ehrenreich (TUM-Mikrobiologie, Freising). Reaktionstechnische Untersuchungen zur Co-Kultivierung von C. carboxidivorans und gentechnisch angepassten C. kluyveri, sowie die Modellierung der Mischkultur werden von der Arbeitsgruppe von Dirk Weuster-Botz (TUM-Bioverfahrenstechnik, Garching) durchgeführt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Dr. Armin Ehrenreich
