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Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Entwicklung von Zellfabriken zur Herstellung bioaktiver Substanzen

Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Entwicklung von Zellfabriken zur Herstellung bioaktiver Substanzen

Gezielte Steuerung der Genexpression statt aufwendiger und kostenintensiver Extraktion oder Herstellungsverfahren: Das von Prof. Dr. Lars-Oliver Essen koordinierte Verbundprojekt MELICOMO bedient sich modifizierter Hefezellen, in denen erstmalig durch Lichtregulation Enzymreaktionen maßgeschneidert gesteuert und effektiv miteinander verzahnt werden

MELICOMO wird für die kommenden drei Jahre mit rund 1,5 Mio EUR finanziert, davon fließen rund 0,9 Mio EUR in die Abteilung von Prof. Dr. Lars-Oliver Essen, Strukturbiochemiker am Fachbereich Chemie und wissenschaftliches Mitglied des LOEWE-Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO). Projektidee und Initiative von MELICOMO wurden in weiten Teilen von Privatdozent Dr. Christof Taxis, Forschungsgruppenleiter in der Abteilung Essen, getragen. Weitere, auswärtige Projektpartner sind die Universität Potsdam, Nachwuchsgruppe Dr. Katrin Messerschmidt, und das Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm, Arbeitsgruppe Prof. Dr. Zoltan Nikoloski.
MELICOMO - metabolic engineering with light-controlled modules - entwirft und erzeugt optimierte Hefe-Zellkulturen, die eine maximale und vor allem kosteneffektive Produktion bioaktiver Substanzen, zunächst am Beispiel des in Pflanzen in nur geringer Konzentration vorkommenden Wachstumshormons Gibberellinsäure, erlauben. Der Trick: Dessen sonst schwierige, weil über toxische Zwischenprodukte in Hefe verlaufende Bioproduktion wird durch gezielt verabreichte Lichtsignale optimiert. Dabei werden die Zellkulturen zuerst auf eine Wachstums- und nachfolgend auf eine Produktionsphase eingestellt. Dies geschieht durch dafür eigens entwickelte optogenetische molekulare Module, die die jeweiligen Enzymreaktionen mittels Steuerung der betreffenden Genexpression sowohl an- als auch abschalten können.
Optogenetische Werkzeuge zur Steuerung metabolischer Vorgänge, speziell für die Herstellung sogenannter isoprenoider Produkte, wozu zahlreiche bioaktive sowie in Agrikultur und Medizin angewendete Substanzen gehören, gewinnen immer mehr an Bedeutung. Am Beispiel der Herstellung des besonders bioaktiven Gibberellinsäure-Isomers GA4, einem essentiellen Pflanzenwachstumshormon, wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das von ihnen entwickelte Modell für die dank Lichtsteuerung mögliche Optimierung des für die Isopren Synthese wichtigen Mevalonat-Biosyntheseweges unter Beweis stellen. Die grundlegenden optogenetischen Werkzeuge und alle weiteren dazu eingesetzten Techniken wurden in den drei beteiligten Arbeitsgruppen mit ihrer jeweiligen Expertise in der Biochemie, Hefegenetik, Synthetischen Biologie und Modellierung von Biosynthesewegen entwickelt. Zum Einsatz kommen artifizielle Chromosomen, synthetische Transkriptionsfaktoren und molekulare, Licht-kontrollierte Protein-Degradationsmodule. [JWK]

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