ERASysAPP2 - Verbundprojekt: ROBUSTYEAST - Optimierung der Stoffwechselregulation in Hefestämmen für dynamische Produktionsbedingungen - Deutsches Teilprojekt B

Die in der Biotechnologie verwendeten Mikrobenstämme sollen Produkte mit einer hohen Ausbeute herstellen und robust gegenüber Schwankungen in der Nährstoffversorgung sein. Solche Schwankungen treten in großen Bioreaktoren als transiente Unterversorgung mit Nährstoffen auf. Das Konsortium wird einen systembiologischen Ansatz verwenden, um ausgleichende Regulations-Mechanismen aufzudecken. Das Konsortium wird die Robustheit der Hefe Saccharomyces cerevisiae gegenüber Schwankungen in zyklischen Nährstoffwechseln experimentell untersuchen. Das Konsortium entwickelt dazu theoretische und rechnerische Methoden, mit denen die Optimierung des Stoffwechselübergangs von einem stationären Zustand zu einem anderen über eine dynamische Regulation abgebildet werden kann. Damit sollen evolutionäre Optimierungsprotokolle etabliert werden, die Mikrobenstämme robuster gegenüber Nährstoffschwankungen machen. Das Teilprojekt an der FU Berlin ist in vier Arbeitspakete gegliedert: Zunächst soll eine strukturelle Analyse des metabolischen Netzwerkes von S. cerevisiae mit constraintbasierten Methoden durchgeführt werden (Netzwerkanalyse). Danach sollen der Hefestoffwechsel durch ein dynamisches Optimierungsproblem unter Berücksichtigung von Enzymressourcen (deFBA-Modell) modelliert und zugehörige algorithmische Lösungsverfahren entwickelt werden (deFBA-Algorithmen). Abschließend sollen regulatorische Mechanismen untersucht werden, die in der Lage sind, die durch deFBA vorhergesagte optimale Stoffwechseldynamik in der Zelle umzusetzen (regulatorische deFBA).