Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Rhamnolipide dritter Generation - hergestellt auf Basis von Xylose; Teilvorhaben 3: Metabolomanalyse zur Identifizierung metabolischer Limitationen

Anschrift
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fakultät 2 - Lebenswissenschaften - Institut für Biochemie und Biotechnologie - Abteilung Bioinformatik und Biochemie
Rebenring 56
38106 Braunschweig
Kontakt
Prof. Dr. Dietmar Schomburg
Tel: +49 531 391-55202
E-Mail: d.schomburg@tu-bs.de
FKZ
22013414
Anfang
01.05.2015
Ende
30.04.2019
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen des Teilprojektes wurden experimentelle und theoretische Verfahren zur Analyse des P.putida Stoffwechsels entwickelt und angewendet, um die Rhamnolipidproduktion in engineerten P. putida Stämmen zu optimieren. Zur Analyse der Ausgangssituation wurden die vom Ausgangsstamm erzeugten Nebenprodukte der Rhamnolipidsynthese analysiert und konnten zu einem großen Teil identifiziert werden. Ein Teil des Kohlenstoffs geht dabei als LPS verloren. Dies ist auch bei den Kultivierungen ohne Rhamnolipidsynthese in geringerem Umfang der Fall. Exopolysaccharide konnten durch Vergleich mit anderen Stämmen weitgehend ausgeschlossen werden. Zur theoretischen Analyse des Stoffwechsels wurde ein vollständiges Modell des Stoffwechsels konstruiert und mit Hilfe dieses Modells die theoretische Rhamnolipidbildungsrate unter Berücksichtigung der experimentell bestimmten Wachstumsrate von P. putida KT2440 pSynPro8 bestimmt und mit der experimentell bestimmten Rhamnolipidbildungsrate verglichen. Daraus konnte man die Kohlenstoffflüsse bestimmen und so feststellen, dass 24 % des eingesetzen Kohlenstoffs der Glucose in die Bildung von Nebenprodukten fließt. Es wurden die von den Kooperationspartnern bereitgestellten Stämme analysiert und Gründe für das teilweise schlechte Wachstum identifiziert. Basierend auf den experimentellen und theoretischen Ergebnissen wurden eine Reihe von Vorschläge für weitere Optimierungen erarbeitet, u.a. das Ausknocken der Glucoseoxidase, damit Xylose nicht zu Xylonat weiterreagiert, sondern effektiv genutzt werden kann.
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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