Zweistufige Cyanophycin Bioprozesse durch thermische Kontrolle des E. coli Stoffwechsels

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hannes Link
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563766578

Dieses Projekt befasst sich mit der Herstellung des Biokunststoffs Cyanophycin durch effiziente und nachhaltige Bioprozesse. Cyanophycin ist ein Polymer, das aus den Aminosäuren Aspartat und Arginin besteht und ein hohes Potenzial für verschiedene industrielle und biomedizinische Anwendungen hat. Die derzeitigen Produktionsprozesse für Cyanophycin leiden jedoch unter begrenzter Effizienz und hohen Kosten, da sie Zucker als Rohstoffe benötigen oder sogar eine externe Zufuhr von Aminosäuren erfordern. Ziel dieses Projekts ist es, einen zweistufigen Bioprozess mit gentechnisch veränderten Escherichia coli zu entwickeln, bei dem Wachstum und Cyanophycin Produktion vollständig entkoppelt sind. Wir gehen davon aus, dass die Entkopplung vom Wachstums Prozesse mit nachhaltigen Substraten wie Ethanol ermöglichen wird, die in herkömmlichen Prozessen kaum Wachstum und Produktion gleichzeitig unterstützen können. Um dies zu erreichen, werden wir Temperatur-sensitive (TS) Mutationen als Thermoschalter verwenden, die wir in Vorarbeiten für die Kontrolle des mikrobiellen Wachstums und des Stoffwechsels eingesetzt haben. Diese Thermoschalter ermöglichen es uns, E. coli Stämme zu entwickeln, die zwischen zwei optimierten Zuständen wechseln können: einem Zustand zur Produktion von metabolisch aktiver Biomasse und einem anderen Zustand zur Produktion von Cyanophycin. Im Produktionszustand werden Biosynthesewege von Aminosäuren so modifiziert, dass die interne Versorgung mit Arginin und Aspartat optimiert wird, was die Cyanophycin Synthese verbessern könnte. Verbesserungen der Abtrennung und Reinigung von Cyanophycin umfassen die Erprobung von Thermoschaltern im Zellwandstoffwechsel, um Zelllyse bei höheren Temperaturen zu induzieren, was eine lösungsmittelfreie Extraktion von Cyanophycin ermöglichen könnte. Durch die Entkopplung von Wachstums- und Produktionsphasen und die Optimierung der Monomer Synthese zielt das Projekt darauf ab, die wirtschaftliche Rentabilität und Nachhaltigkeit der Cyanophycin Produktion zu verbessern und so zum übergeordneten Ziel der Produktion biobasierter Kunststoffe beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen