Herstellung von Pilzverbundmaterialien, zur Erkennung und Bindung von ß-Lactam-Antibiotika in Krankenhausabwässern zur Reduktion der Antibiotikabelastung in Kläranlagen
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Beta-Lactam-Antibiotika sind für die Behandlung bakterieller Infektionen unverzichtbar, werden jedoch mit bestehenden Technologien nur unzureichend aus dem Abwasser entfernt. Hauptziel dieses Forschungsprojekts war der Nachweis, dass Biomasse des Basidiomyceten Fomes fomentarius mit bifunktionalen Fusionsproteinen beschichtet werden kann. Diese Fusionsproteine bestehen aus einer Zellwandbindungsdomäne und einem Penicillin-bindenden Protein (PBP). Durch Bindung an das PBP werden Beta-Lactam-Antibiotika aus einer Flüssigkeit isoliert. Dies könnte dazu beitragen, die antimikrobielle Resistenz gegen Beta-Lactam-Antibiotika effizient und umweltverträglich zu reduzieren. Ein weiteres Ziel dieses Forschungsprojekts war die Verbesserung der Transformationseffizienz von F. fomentarius und die heterologe Expression von Fusionsproteinen. Beide Ziele zielen auf die Entwicklung maßgeschneiderter lebender Materialien mithilfe eines Pilzorganismus ab. Um das erste Ziel zu erreichen, wurden vollständige- und verkürzte Varianten des Gerinnungsfaktors G (CFG) aus Tachypleus tridentatus, mit dem fluoreszierenden Protein mStayGold fusioniert, in E. coli exprimiert und die Bindung an die Pilzzellwand mittels Fluoreszenzmikroskopie bestätigt. Anschließend wurde die Bindung von Ampicillin an Penicillin-bindende Proteine (PBPs), fusioniert mit CFG, bzw. die enzymatische Spaltung von Penicillin G durch fusionierte ß-Lactamasen mittels HPLC untersucht. Die Aktivität der getesteten Enzyme nach Bindung an F. fomentarius konnte bestätigt werden. Das zweite Ziel dieses Forschungsprojekts, die Weiterentwicklung der gentechnischen Veränderung von F. fomentarius, wurde durch die Erhöhung der Menge an Protoplasten, die durch Veränderung der Kultivierungsbedingungen gewonnen werden können, erreicht. Darüber hinaus wurden zwei Promotoren erfolgreich auf ihre Fähigkeit getestet, die Expression des Resistenzmarkergens natR zu steuern, das Resistenz gegen Nourseothricin vermittelt. Insgesamt zeigt dieses Projekt, dass kleine (14 kDa) Glucan-Bindungsdomänen für die Immobilisierung von Fusionsproteinen an der äußeren Glucanschicht von F. fomentarius geeignet sind und dass die Proteine katalytisch aktiv bleiben, wenn sie an die Zellwand gebunden sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Poster: 18.09.2024 – 20.09.2024 Conference on Engineered Living Materials 2024, Saarbrücken, Germany (poster #47 Modification of Fomes fomentarius cell wall properties for the removal of beta lactam antibiotics from wastewater streams, presented by Dr. Stephan Starke
Stephan Starke
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Uncovering the transcriptional landscape of Fomes fomentarius during fungal-based material production through gene co-expression network analysis. Fungal Biology and Biotechnology, 12(1).
Cairns, Timothy; Freidank-Pohl, Carsten; Birke, Anna Sofia; Regner, Carmen; Jung, Sascha & Meyer, Vera
