Forschung

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist die Schlüsselorganelle für die Faltung und Prozessierung von sekretorischen Proteinen. Ineffiziente Faltung und Sekretion sind eine große Herausforderung bei der Herstellung rekombinanter Proteine, die als Biopharmazeutika oder zur Sicherung des künftigen Nahrungsmittelbedarfs benötigt werden. In den meisten Zellen, die keine Säugetiere sind, werden diese Prozesse durch das ER räumlich begrenzt. SynthER zielt darauf ab, über die bloße physische ER-Erweiterung hinauszugehen, indem die Funktionalität durch orthogonale und kombinatorische Expression von synthetischen ER-formenden Proteinen in Hefe- und Pflanzenzellen maßgeschneidert wird. Nach dem Vorbild professioneller sekretorischer Säugetierzellen will SynthER deren ER-Architektur in Hefe und Pflanzen biomimetisch nachbilden. Die neuen Morphologien werden mit einer breiten Palette von mikroskopischen Methoden und quantitativen Bildanalysen überwacht, und ihre Auswirkungen auf die Qualität und Quantität der sezernierten rekombinanten Proteine werden bestimmt. Darüber hinaus sollen synthetische ER-Exit-Vesikel (SERV) so konstruiert werden, dass sie ihre Proteinladung direkt an die Plasmamembran abgeben und so die oft nachteiligen Funktionen der Golgi und der Vakuole umgehen. SERVs sollen programmierbare synthetische Schaltkreise sein, die bei Bedarf exprimiert werden können. Insgesamt wird SynthER neuartige Zellfabrikkonzepte entwickeln, die einen bedeutenden Fortschritt gegenüber dem heutigen Stand der Technik darstellen. Das synthetische Endomembran-Engineering behandelt ein aktuelles Forschungsthema durch einen bahnbrechenden Ansatz der synthetischen Biologie, der das Potenzial hat, sowohl das wissenschaftliche Verständnis der Plastizität von Sekretionswegen als auch technologische Anwendungen voranzutreiben und damit der Medizin und Biotechnologie zu nutzen.

Upcycling ist der Prozess der Umwandlung von Nebenprodukten oder Abfallstoffen in neue Materialien oder Produkte von höherer Qualität. Auf dem Weg zu einer kreislauforientierten Bioökonomie werden im Rahmen des von der Christian Doppler Forschungsgesellschaft geförderten Dissertationsprojekts PectiUp neue Strategien, technologische Innovationen und mikrobielle (Hefe-)Stämme für die Umwandlung von Abfällen aus der Lebensmittelindustrie in wertschöpfende Proteine für die Lebensmittelproduktion entwickelt.

Ziel des Projektes ist die Gewinnung von Cellulose-Recyclingfasern aus Mischtextilien mittels alkalischer Hydrolyse des Polyesters und Speicherung des fossilen Kohlenstoffs aus dem Hydrolysat in Form bakterieller Cellulose (BC). Dabei soll nicht nur ein proof of concept erbracht werden, sondern erste wichtige Schritte in Richtung Wirtschaftlichkeit des Prozesses gemacht werden. Das Recycling von Mischtextilien ist ein junges Forschungsthema, welches vor allem durch das EU-Kreislaufwirtschaftspaket Rückenwind bekommt. Dabei sind die zu lösenden Herausforderungen vielfältig und sehr oft multidisziplinär. Der Fokus im Projekt liegt in der Identifikation von relevanten Stoffwechselwegen und Schlüsselenzymen. Dies erfolgt durch Kombination von Literaturrecherche und die Nutzung von Gendatenbanken sowie wie der Durchführung von Genexpressionsanalysen. Durch Kombination von Adaptiver Laborevolution und synthetischer Biologie wird im Projekt eine Biotechnologieplattform entwickelt, die mit gesteigerter Produktionsrate Cellulosefasern mit hoher Qualität aus Polyesterhydrolysat herstellen kann.