Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

ERA-IB 6: Toxizität und Transport bei fungaler Produktion industrierelevanter Chemikalien (TTRAFFIC)

Anschrift
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften - Fachgruppe Biologie - Institut für Angewandte Mikrobiologie (iAMB)
Worringer Weg 1
52074 Aachen
Kontakt
Prof. Dr. Lars Mathias Blank
Tel: +49 241 80-26600
E-Mail: lars.blank@rwth-aachen.de
FKZ
22030515
Anfang
01.04.2016
Ende
30.06.2019
Aufgabenbeschreibung
Im TTRAFFIC-Projekt soll die Produktion von industriell relevanten Dikarbonsäuren aus erneuerbaren Ressourcen optimiert werden. Itakonsäure wurde aufgrund ihrer Anwendung in der Polymerindustrie als Produkt mit hohem Marktpotenzial gewählt. Diese kann mit verschiedenen Pilzen aus CO2-neutralen, nachwachsenden Rohstoffen, wie Zucker oder deren Polymere, hergestellt werden und hat den Vorteil, dass es bereits einige am Markt etablierte Polymere gibt, die auf diesem Monomer basieren. Damit ist es möglich, einen schnellen Beitrag zu einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft zu leisten. In TTRAFFIC soll die Kompartimentierung der Pilzstoffwechselwege im Mittelpunkt stehen, mit dem Ziel Ganzzellkatalysatoren zu verbessern. Die RWTH Aachen befasst sich mit der Transportercharakterisierung und dem Engineering des Pilzes Ustilago als Itakonsäureproduktionswirt. Unser übergeordnetes Ziel ist es, einen Pilz mit stark verbesserter Itakonsäureproduktion bezüglich Titer, Ausbeute und Rate herzustellen. Die erwarteten Ergebnisse von TTRAFFIC könnten auf weitere organische Säuren, wie Succinat und Citrat, übertragbar sein. Mit dieser Technologie ist eine Prozessintensivierung möglich, was zu einer Ressourcenschonung beiträgt. Eine mögliche industrielle Verwertung, der in TTRAFFIC entstandenen Technologien und Produkte, soll optimiert werden. Deswegen wird der deutsche Industriepartner BRAIN AG diese Technologien bewerten.
Ergebnisdarstellung
Der U. maydis MB215 eigene Transporter Mtt1 wurde mit dem mitochondrialen Transporter von A. terreus, MttA, komplementiert, was zu einer 50%-igen Steigerung des maximalen erreichten Itakonsäure-Titers verglichen zum Wildtyp führte. Die Morphologie der pH-tolerante, jedoch stark filamentös wachsende U. cynodontis, wurde mittels Deletion von fuz7 so verändert, dass der Stamm unter für die Itakonsäure-Produktion relevanten Bedingungen ausschließlich Hefe-ähnliches Wachstum zeigte. Ein optimierter Stamm, U. cynodontis ¿fuz7 ¿cyp3 PetefmttA Pria1ria1, wurde geschaffen. Durch Prozessoptimierung konnte bei einem niedrigen pH eine gegenüber dem Wildtyp 6,5-fach erhöhte Menge an Itakonsäure produziert werden. Mit U. maydis MB215 wurde Labor-Evolution durchgeführt, um der Toleranz gegenüber niedrigen pH-Werten und hohen Itakonsäure-Konzentration zu erhalten. Das vielfältige Spektrum an von U. maydis synthetisierten Metaboliten wurde durch die gezielte Deletion bzw. Überexpression von Genen und Gencluster erheblich reduziert. So konnte die Produktion von Mannosylerythritol-Lipiden, Ustilaginsäure, Triglyceriden und 2-Hydroxyparakonat vollständig unterbunden werden, während die Malat-Produktion signifikant reduziert wurde. Diese Modifikationen, in Kombination mit der oben genannten fuz7 Deletion, führten zu Ausbeuten, die sich dem theoretischen Maximum nähern. Der bei hohen Itakonsäure-Konzentrationen auftretenden Produktinhibierung konnte mit dem Einsatz von CaCO3 als Puffersystem erfolgreich entgegengewirkt werden. So war es erstmals möglich Itakonsäure-Titer von mehr als 200 g L-1 zu erreichen. Die Ergebnisse dieses Projektes machen das Potenzial von U. maydis in der Itakonsäure-Produktion deutlich. Durch die Optimierung dieses Stammes auf verschiedensten Ebenen – metabolisch, morphologisch und Prozess-basiert – konnte ein entscheidender Beitrag für das Durchführen der Etablierung dieses Produktionswirtes auf industriellem Niveau geleistet werden.

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