Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Neue Enzyme und Enzymsysteme für den Abbau von Lignocellulose-Komponenten und die nachhaltige Produktion von Feinchemikalien, Teilvorhaben 1: Auffindung und Charakterisierung von neuen Biokatalysatoren

Anschrift
Georg-August-Universität Göttingen - Fakultät für Biologie und Psychologie - Institut für Mikrobiologie und Genetik
Grisebachstr.8
37077 Göttingen
Kontakt
Prof. Dr. Wolfgang Liebl
Tel: +49 8161 71-5450
E-Mail: wliebl@wzw.tum.de
FKZ
22014506
Anfang
01.12.2006
Ende
31.05.2010
Ergebnisdarstellung
Für die Suche nach Genen für neue Biokatalysatoren unter Einsatz metagenomischer Methoden sollten als Ausgangsproben noch weitgehend unerforschte, Pflanzenzellwand-abbauende Mikrobengemeinschaften dienen. Die zu diesem Zweck ausgewählten Habitate waren eine geothermal erhitzte Probe der Kamchatka-Halbinsel, natürlich aufgeheizter Kompost aus verholztem Pflanzenmaterial, sowie der Verdauungstrakt des Bibers, einem sich in Herbst und Winter vor allem von schwerverdaulichen Pflanzenteilen (Baumrinde) ernährenden Säugetier. Zur Abschätzung der mikrobiellen Diversität in den Proben wurden 16S rDNA-Gensequenzen ermittelt und phylogenetisch ausgewertet. Nach der Etablierung geeigneter Screening-Assays wurden Metagenom-Genbanken hergestellt und funktionelle Screeningverfahren eingesetzt, um Gene für (Hemi)Cellulasen aufzufinden. Zwei der aufgefundenen Metagenomgene bzw. die davon kodierten Enzyme wurden genauer analysiert. Cellulase Cel29E, ein besonders gut im neutralen pH-Bereich arbeitendes Enzym, zeigte unter den gewählten Assaybedingungen maximale hydrolytische Aktivität bei 96 °C. Mit einer Halbwertszeit von 8,3 Stunden bei 86 °C bewies das rekombinant hergestellte Enzym eine bemerkenswert hohe intrinsische Thermostabilität. In Kooperation mit der Gruppe von Prof. Streit (Universität Hamburg) wurde die Aktivität und Stabilität einer Auswahl von thermostabilen Cellulasen in Ionischen Flüssigkeiten (ILs) untersucht. Sowohl die Metagenom-Cellulase Cel29E, als auch eine Cellulase aus dem hyperthermophilen Bakterium Thermotoga maritima, CelA genannt, wurden in die Untersuchung mit einbezogen. Während CelA nur in einer der eingesetzten ILs stabil war, zeigte ich Cel29E in mehreren der untersuchten ILs über mehrere Tage beachtlich stabil.
Aufgabenbeschreibung
Es sollen neue, effizient wirkende Enzympräparationen für die Unterstützung des Aufschlusses und der Monomerisierung der polymeren Komponenten von Lignocellulose etwickelt werden. Basierend auf effizient Pflanzenzellwand-abbauenden, aber noch weitgehend unerforschten Mikrobengemeinschaften und Einzelorganismen soll unter Einsatz metagenomischer Methoden nach neuen Biokatalysatoren gesucht werden. Die geplanten Arbeiten umfassen: (i) die Herstellung von komplexen Metagenombibliotheken aus DNA, die aus (Hemi-)Cellulose-abbauenden, mikrobiellen Konsortien gewonnen wird; (ii) das Screening der Bibliotheken nach Genen für (Hemi-)Cellulasen und die Sequenzierung der identifizierten Gene; (iii) die biochemische Charakterisierung der neuen Enzyme (katalytische Parameter, Synergie, Stabilität, Aktivität in Ionischen Flüssigkeiten, usw.) und (iv) die rekombinante Produktion und, in Kooperation mit Projektpartnern, die Evaluierung der Eignung der Enzyme für den Holzaufschluss.

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