Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Rhamnolipide dritter Generation - hergestellt auf Basis von Xylose; Teilvorhaben 2: Gentechnische Optimierung und Stammkonstruktion

Anschrift
Universität Ulm - Fakultät Naturwissenschaften - Fachbereich Chemie - Institut für Organische Chemie III (Makromolekulare Chemie und Organische Materialien)
Albert-Einstein-Allee 11
89073 Ulm
Kontakt
Dr. Frank Rosenau
Tel: +49 731 50-15186
E-Mail: frank.rosenau@uni-ulm.de
FKZ
22013314
Anfang
01.05.2015
Ende
30.04.2019
Ergebnisdarstellung
Der Wirtsorganismus P. putida KT2440 ist natürlicherweise nicht in der Lage Xylose zu verstoffwechseln. Um das Wachstum dieses Stamms auf Xylose zu etablieren wurde das xylAB Operon aus E. coli zusammen mit relevanten Genen für die Rhamnolipidsynthese coexpimiert. Der neu konstruierte Expressionsstamm ist in der Lage mit Xylose als einziger Kohlenstoffquelle zu wachsen und zudem Rhamnolipide zu produzieren. Die erzielten Wachstumsraten und Rhamnolipidtiter waren jedoch geringer als jene, die bei einer Kultivierung auf Glucose erzielt werden können. Die Produktion der Rhamnolipiden wurde durch die Konstruktion neuer Expressionsplasmide weiter verbessert und das verfügbare Produktportfolio um Di-Rhamnolipide erweitert. Dazu wurde ein gut selektierbarer Expressionsverktor verwendet und die rhlAB bzw. rhlABC Operons unter die Kontrolle eines optimierten synthetischen Promotors gestellt. Die Expression dieser Plasmide in P. putida resultierte in deutlich gesteigerten Rhamnolipidproduktion. Um den Einsatz von Antibiotika zu erübrigen wurden die relevanten Gene für die Biosynthese von Rhamnolipiden und für die Metabolisierung von Xylose stabil ins Genom von P. putida integriert. Rekombinante Stämme wurden in Bezug auf ihre Fähigkeit Xylose zu metabolisieren selektiert bzw. Rhamnolipide zu produzieren gescreent und mehrere Varianten erfolgreich identifiziert und charakterisiert. Das bakterielle Wachstum von P. putida mit Xylose als einziger Kohlenstoffquelle konnte durch die Etablierung eines alternativen Stoffwechselweges weiter gesteigert werden. Dazu wurde ein biosynthetisches Operon bestehend aus yagEF-aldA aus E. coli konstruiert und erfolgreich in P. putida exprimiert. Die Coexpression zusammen mit Genen für die Rhamnolipidsynthese resultierte in einem gesteigerten Wachstum auf Xylose und einer deutlich verbesserten Rhamnolipidproduktion. Somit konnten mehrere Stämme etabliert werden, die in der Lage sind, Rhamnolipide auf Basis von Xylose zu gewährleisten.
Aufgabenbeschreibung
Das übergeordnete Ziel des Verbundvorhabens „Rhamnolipide dritter Generation hergestellt auf Basis von Xylose (3GRL)" war es, die Machbarkeit einer dritten Generation (3G) der biotechnologischen Produktion von Rhamnolipiden (RL) auf Basis von Xylose und verschiedenartiger Zuckerfraktionen der Hydrolyse lignocellulosehaltiger Biomasse zu demonstrieren. Dazu wurde die heterologe Rhamnolipidproduktion in Pseudomonas putida untersucht, welcher natürlicherweise keine Xylose-Metabolisierung aufweist. Im Rahmen des Projektes wurden die Optimierung der rekombinanten Rhamnolipidproduktion sowie die Erweiterung bestehender Substratspektren in P. putida mit gentechnischen Methoden adressiert. In diesem Zusammenhang wurden Prozessführungsstrategien im Bioreaktor entwickelt und untersucht, sowie Produktbildung, Nebenproduktbildung und Biomassebildung als wichtige Effizienzparameter charakterisiert. Durch die Erschließung von verhältnismäßig höherwertigen biotechnologischen Produkten wurde das Anwendungsspektrum und die Wirtschaftlichkeit von Verfahren zur Hydrolyse von lignocellulosehaltiger Biomasse exemplarisch gezeigt. Mit den Projektzielen geht eine Steigerung der öffentlichen Akzeptanz von biotechnischen Verfahren durch nachhaltig erzeugte Produkte, die glaubwürdig und nachvollziehbar nicht in ethisch problematischer Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen, einher. Dies steht im Gegensatz zur Glucose- oder Stärkeverwertung und stellt eine der entscheidenden bioökonomischen Innovationen in der Strategie auch dieses Projektes dar.

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