Untersuchungen zur Verfügbarkeit der Surfactin-bildenden nichtribosomalen Peptidsynthetase in Bacillus subtilis

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rudolf Hausmann
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471393436

Bacillus subtilis ist in der Lage, beachtliche Mengen an Surfactin zu produzieren, ein Lipopeptid, das als eines der stärksten Biotenside beschrieben wird. Um die bakterielle Produktion zu verbessern, konzentrieren sich Forschungsgruppen derzeit auf eine verbesserte Bereitstellung von Vorläufermolekülen sowie auf die Anpassungen der Kultivierungsparameter und des Downstream-Processings. Allerdings ist die intrazelluläre Verfügbarkeit von Untereinheiten der nichtribosomalen Peptidsynthetase (NRPS) für die Surfactinbildung noch unbekannt. Es fehlt also das notwendige Wissen über die Anzahl der NRPS pro Zelle unter den jeweiligen Kultivierungsbedingungen. Erkenntnisse zu diesem Sachverhalt sollen helfen, eine Produktionsrate des NRPS-Enzymkomplexes während verschiedener Wachstumsphasen und -bedingungen zu ermitteln.Dieses Wissen soll anschließend genutzt werden, um die Kultivierungsparameter für eine möglichst hohe NRPS-Expression in Kombination mit einer erhöhten Aktivität für die Surfactinbildung anzupassen.In diesem Zusammenhang soll des Weiteren die Beziehung zwischen NRPS-Expression und Verfügbarkeit von Vorläufermolekülen für die Surfactinbildung untersucht werden. Mehrere Studien zeigten eine Steigerung der Surfactin-Produktion nach Anpassung der erforderlichen Stoffwechselwege, wodurch eine erhöhte Verfügbarkeit von Vorläufermolekülen gewährleistet wurde. Dennoch stellt sich die Frage nach dem Gleichgewicht zwischen der intrazellulären Konzentration von Vorläufermolekülen und der Bereitstellung von NRPS-Enzymkomplexen pro Zelle und welcher der beiden Faktoren während der Kultivierung limitierend ist.Es ist anzunehmen, und konnte bereits experimentell bestätigt werden, dass die Menge der NRPS-Translationsrate nicht zu stark sein sollte, um keine zu hohe metabolische Belastung zu verursachen. Nichtsdestotrotz wird der NRPS-Komplex für die Biosynthese von Surfactin benötigt. Um die Expressionsstärke von Surfactin-bildenden NRPS für verschiedene Stämme flexibel zu optimieren, müssen daher zunächst Methoden zur Bestimmung der NRPS-Menge pro Zelle etabliert und die tatsächliche NRPS-Proteinmenge bestimmt werden.

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