Ein systembiologischer Ansatz für die Analyse des morphogenetischen Netzwerkes von Aspergillus niger, welches Wachstum und Produktbildung vereint

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Vera Meyer
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431657715

Filamentöse Pilze wie Aspergillus niger werden als Zellfabriken für die Produktion einer Vielzahl von Produkten wie organische Säuren, Proteine und Sekundärmetabolite benutzt. Die jeweilig beste Makromorphologie variiert jedoch für jedes Produkt, kann nicht verallgemeinert werden, so dass eine dispergierte bzw. Pellet-Morphologie für jeden Prozess neu eingestellt werden muss. Ein rationales genetisches Engineering der makroskopischen Morphologie ist bis jetzt nicht möglich.Das Gesamtziel des Antrages ist, ein mechanistisches Verständnis für den Zusammenhang zwischen Zitronensäureproduktion, Proteinsekretion und Makromorphologie von A. niger zu generieren. Unsere Gennetzwerkanalyse von A. niger ergab, dass ein Subnetzwerk bzgl. der Zitronensäure („citA network“) 282 Gene enthält, wovon 57 mit einer Funktion im polaren Wachstum, Organellenfunktion, Vesikeltransport, Signalwege und Zellwand-/ Zellmembranintegrität vorhergesagt sind. Interessanterweise haben 14 davon eine Funktion im Golgi, was darauf hindeutet, dass die Fähigkeit von A. niger Zitronensäure zu bilden und zu überproduzieren mit dem Vesikeltransport und dem Golgi als zentralem Netzwerkknoten gekoppelt ist. Wir postulieren daher, dass eine systematische Analyse der 57 „citA Morphogene“ fundamental neue Einblicke in die Verbindung zwischen Zitronensäureproduktion, Proteinsekretion und morphologische Entwicklung geben wird. Ein solcher Zusammenhang wurde bis dato noch nicht für Pilze postuliert respektive untersucht.Wir werden modernste Methoden der Systembiologie (Genomik, Transkriptomik, Metabolomik und Bioinformatik), Synthetischen Biologie (induzierbares Tet-on Expressionssystem, welches eine metabolismus-unabhängige Steuerung der Genexpression von Targetgenen ermöglicht), kontrollierte Bioreaktorkultivierung für physiologische Analysen sowie Konfokalmikroskopie, um in vivo die Organellenlokalisierung während einer gezielt modulierten Expression der „citA Morphogene“ zu studieren. Dieser ganzheitliche Ansatz wird in 4 Arbeitspaketen umgesetzt, um die folgenden Teilziele zu erreichen:• Identifizierung von morphologischen Modulatoren aus 57 „citA Morphogenen“• Eingehende Analyse der 57 „citA Morphogenen“ bzgl. Zitronensäure- und Proteinproduktion • Eingehende Analyse ausgewählter „citA Morphogene“ bzgl. Vesikeltransport, Hyphenwachstum und Pelletbildung• Ableitung von Kandidatengenen, mit denen die Morphologie von A. niger unter Einbeziehung hoher Produktbildung gezielt gesteuert werden kannZentrales Ziel ist, die zellulären Mechanismen hinter dem citA Netzwerk zu verstehen, die Hypehnwachstum mit Zitronensäureproduktion und Proteinsekretion ausbalancieren. Das eingehende Verständnis dieser Balance wird es ermöglichen, zentrale Genschalter zu identifizieren, die rational für eine Stammoptimierung verwendet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Jibin Sun