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.

Mikrobielle Zellfabriken wie spezialisierte Bakterien, Hefen und Pilze werden zur Herstellung relevanter Verbindungen und technischer Biomoleküle wie Rohstoffe, Feinchemikalien, Lebensmittelzusätze und Biopharmazeutika eingesetzt. Maßgeschneiderte robuste Mikroorganismen, die neuartige biologische Verhaltensweisen zeigen, produzieren diese Produkte auf nicht-chemische Weise und nutzen dabei die Werkzeuge der Natur, im Allgemeinen unter Verwendung erneuerbarer Substrate wie Glukose oder industrieller Nebenströme. C1-Rohstoffe wie Methan, Methanol, Formiat, CO2 und CO haben wichtige Vorteile gegenüber herkömmlichen organischen Kohlenstoffquellen wie Glukose. Sie sind günstig, können auf erneuerbare Weise aus CO2 gewonnen werden, konkurrieren nicht mit Lebens- oder Futtermitteln und erfordern keine aufwändige Vorverarbeitung aus komplexen landwirtschaftlichen Nebenströmen. Der Einsatz von C1-Substraten in mikrobiellen Zellfabriken würde eine von Natur aus nachhaltige Kohlenstoffkreislaufwirtschaft gewährleisten. Aufgrund der relativen Neuheit dieses Ansatzes sind jedoch weitere Arbeiten erforderlich, um abiotische C1-Substrate mit biologischen Rohstoffen konkurrieren zu lassen. Das CiTrY-Projekt wird zu diesem Ziel beitragen, indem es Transportmechanismen der C1-Substrate über Plasma- und Organellenmembranen der mikrobiellen Zellfabriken untersucht und verbessert. Bisher wenig beforschte Proteine ​​und Proteinfamilien werden untersucht, moderne Protein-Engineering-Strategien und Hochdurchsatz-Screening durchgeführt und ein neuartiger Ansatz zum Organellenmembran-Targeting entwickelt.