METAFOR
Umwandlung von C1-Verbindungen in Plattformchemikalien durch die Hefe Ogataea polymorpha
Die Verwertung von Kohlenstoffdioxid ist ein wichtiger Faktor für die Bioökonomie, da CO2 als Substrat nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion steht, zur Reduktion des Treibhauseffektes in der Umwelt beitragen kann und außerdem annähernd unbegrenzt vorhanden ist. So ist Kohlenstoffdioxid als Substrat für biologische Produktionsprozesse seit einigen Jahren in aller Munde. Leider ist die Nutzung von Mikroorganismen zur CO2 Fixierung mit großen Herausforderungen verbunden wie z.B. die mangelnde genetische Zugänglichkeit von vielen CO2 assimilierenden Mikroben. Im Gegensatz zu den biologischen Prozessen ist eine chemische Umsetzung von CO2 zu reduzierten C1-Körpern wie beispielsweise Methanol oder Ameisensäure bereits etabliert. Deshalb verwenden wir im Projekt METAFOR einen Hybridansatz bestehend aus einer chemischen Reduktion von CO2 zu C1-Körpern und darauffolgender biotechnologischer Umwandlung in industriell interessante Produkte.
Sowohl Methanol als auch Ameisensäure können aus CO2 mittels Hydrierung von Wasserstoff gewonnen werden. Methanol ist eine häufig verwendete Kohlenstoffquelle für die methylotrophe Hefe Ogataea polymorpha. Im Gegensatz zu Methanol ist Ameisensäure weniger toxisch für den Menschen, nicht flüchtig und bildet keine explosiven Gemische mit Sauerstoff. Derzeit wird O. polymorpha hauptsächlich für die rekombinante Proteinproduktion genutzt. Jedoch hat O. polymorpha durchaus Potenzial, sich zu einem industriellen Plattformorganismus zu entwickeln, da diese Hefe zur Hochzelldichtefermentation auf günstigen Medien und Substraten geeignet ist und eine hohe Temperatur- und pH-Toleranz aufweist.
Im Projekt METAFOR entwickeln wir zunächst auf CRISPR/Cas9 basierende Metabolic-Engineering-Strategien für O. polymorpha, welche dann genutzt werden eine Assimilation von Ameisensäure zu ermöglichen. Dazu setzen wir sowohl auf native Stoffwechselwege von methylotrophen Hefen wie als auch auf synthetische Stoffwechselwege, die durch Enzym-Engineering erschlossen werden. Ausgehend von den C1-Körpern Methanol und Ameisensäure wird O. polymorpha schließlich so modifiziert, dass industriell relevante Produkte wie Laktat, Isobutanol, Aceton oder Isoprene gebildet werden. Am Ende von METAFOR soll der entwickelte biologische Produktionsprozess dann in den chemischen CO2-Reduktionsprozess integriert werden.
METAFOR setzt sich aus insgesamt fünf Forschungsgruppen zusammen; zwei Max-Planck-Instituten (MPI-PM, MPI-MPP) und drei der RWTH Aachen (AVT, ITMC, iAMB) und wird durch das BMBF mit 1.000.000 Euro als Teil der Fördermaßnahme "Mikrobielle Biofabriken für die industrielle Bioökonomie" im Rahmen der "Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030" gefördert.
Mitarbeiter: Dr. Simone Schmitz Katrin Wefelmeier