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

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. Im Projekt an der OvGU werden mittels eines Optimierungs-Verfahrens die Transitionen von Glukose zu Ethanol-Verstoffwechslung unter aeroben Bedingungen sowie der Wechsel zwischen aerober und anaerober Glukose-Verstoffwechslung für Hefezellen untersucht. Hierzu wird das bestehende Verfahren anwendungsspezifisch erweitert. Der von den Projektpartnern geplante experimentelle Ablauf zur evolutionären Selektion soll im Modell detailgetreu abgebildet werden. Wir werden anhand von Messdaten aus den evolutionären Selektionsexperimenten auswerten, in welchem Maß die aus der Selektion hervorgehenden Mikrobenstämme das theoretisch erreichbare Optimum erreicht haben. Um experimentelle Protokolle zur evolutionsbasierten Optimierung von Mikrobenstämmen für biotechnologische Produktionsbedingeng zu entwickeln, werden wir Verfahren des Experimental Design einsetzen. Das Zielkriterium ist dabei die evolutionäre Herausbildung von Regulationsmechanismen, die eine höhere Robustheit des Zellwachstums unter variablen Umgebungsbedingungen in der großtechnischen Produktion ermöglichen.