Nutzung von Bacillus subtilis als Produktionsorganismus für antimikrobielle Substanzen unter Verwendung von Mersacidin als exemplarisches Produkt

• Antragsteller: Dr. Lars Lilge
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501222601

Die Herstellung wirksamer antimikrobieller Substanzen ist in einer Zeit, in der die Entwicklung neuer Antibiotika begrenzt ist, notwendig. Für das Screening neuer Substanzen scheint Bacillus subtilis ein vielversprechender Produktionsorganismus zu sein, der sich bereits als Zugpferd für industriell und pharmazeutisch nutzbare Proteine und Feinchemikalien etabliert hat. Um Strategien für die Produktion antimikrobieller Substanzen wie Lantibiotika zu realisieren, wird Mersacidin als Vertreter der Peptidantibiotika mit zwei vielversprechenden B. subtilis-Produktionsstämmen untersucht, nämlich dem Hochzelldichte-Stamm 3NA und dem genomreduzierten miniBacillus PG10. Es werden verschiedene Strategien zur kontinuierlichen und induzierbaren Mersacidin-Produktion durchgeführt, um möglichst hohe Mersacidin-Titer zu erzielen. Die Integration verschiedener Systeme zur Entkopplung der Mersacidin-Produktion und der nachfolgenden Aktivierung, aber auch zur Entkopplung von Zellwachstum und Mersacidin-Produktion, soll dazu beitragen, die finalen Titer zu erhöhen und die Verfügbarkeit der bakteriell produzierten antimikrobiellen Substanzen zu verbessern. Diese Strategien werden in verschiedenen angepassten Fed-Batch-Bioreaktorkultivierungen erprobt, die eine kontrollierte Mersacidin-Produktion über die Zeit gewährleisten, und zwar durch Induktion der Mersacidin-Produktion nach Erreichen der höchstmöglichen Biomasse oder durch zeitlich definierte Mersacidin-Aktivierung nach einer vorherigen Produktionsphase. Die Untersuchung verschiedener Strategien für die hochskalierte Produktion von Mersacidin, wie z. B. die fütterungsgesteuerte Antibiotikaproduktion oder die induzierbare extrazelluläre Aktivierung des Antibiotikums, soll dazu dienen, die bestmöglichen Prozessdesigns für die heterologe Produktion antimikrobieller Substanzen zu ermitteln, und steht stellvertretend für die Verwendung von B. subtilis als Produktionsorganismus für innovative Antibiotika aus der Natur.Ein zweiter Punkt des Antrags betrifft die Immunität der Produktionsstämme. In diesem Zusammenhang werden die bakteriellen Entgiftungs- und Immunitätsmechanismen in verschiedenen Ansätzen analysiert. Es ist bekannt, dass B. subtilis mehrere spezifische und unspezifische Strategien zur Detoxifizierung aufweist, wie z.B. Lantibiotika-Transporter. Diese Erkenntnisse sollen für die Konstruktion robusterer und toleranterer Produktionsstämme für die Bildung antimikrobieller Substanzen, insbesondere für Lantibiotika wie Mersacidin, genutzt werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Oscar P. Kuipers