Forschungsprojekte des Blank Lab

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Lars M. Blank

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Das Ziel des Blank-Labs, Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie, ist die Nutzung von Mikroben zum Vorteil von Umwelt, Gesellschaft und Wirtschaft. Durch die Untersuchung des Metabolismus von Bakterien und Pilzen, wollen wir ein breites Spektrum von Anwendungen optimieren und kontrollieren. Ausgehend von der Produktion von Plattform-Chemikalien bis hin zum Verderb von Biodiesel.

Biokatalyse

Indem wir uns die Vielseitigkeit des Lebens selbst zunutze machen, können wir biologische Substrate, wie Biomasse, CO2, Kunststoffe und andere nicht ausreichend genutzte Kohlenstoffströme, in eine breite Palette wichtiger Chemikalien umwandeln. Mit Hilfe von Bakterien, Hefen und Pilzen können aus diesen erneuerbaren Kohlenstoffquellen die Bausteine für alles von Treibstoff über Plastik bis hin zur Medizin hergestellt werden. Auf diese Weise kann die Ganzzell-Biokatalyse eine sauberere, sicherere und umweltfreundlichere Alternative zur traditionellen chemischen Synthese bieten. Umgekehrt können Mikroben auch eine Vielzahl von Chemikalien abbauen, was sich zwar positiv auf den Abbau von Schadstoffen in der Umwelt auswirken kann, andererseits aber auch Probleme, wie Korrosion und Verderb verursacht.

Rationale Entwicklung von Stämmen

Wir können Mikroorganismen durch Genetic Engineering in die Lage versetzen unterschiedlichste Chemikalien herzustellen. Für eine effiziente Produktion muss jedoch der Stoffwechsel des Organismus umgelenkt werden, um die Produktbildung zu verbessern. In einem Prozess, der als Metabolic Engineering bezeichnet wird, werden spezifische Reaktionen im hochkomplexen Stoffwechselnetzwerk des Organismus verändert, eingeführt oder gelöscht, um den Fluss vom Substrat zum Produkt zu erhöhen. Dies kann erreicht werden, indem dem Organismus genetische "Module" hinzugefügt werden, die für Enzyme kodieren, welche spezifische Stoffwechselreaktionen durchführen, oder indem die entsprechenden Gene im Genom des Organismus gelöscht werden.

Systemanalyse

Ein typischer Mikroorganismus enthält Tausende von Genen, die für Tausende von Proteinen kodieren, die Tausende von Reaktionen durchführen. Dieser Grad an Komplexität macht das Verständnis der Wirkung auch nur einer einzigen Störung sehr komplex. Glücklicherweise haben uns die jüngsten Fortschritte in der Bioanalytik in die Lage versetzt, jeden Aspekt eines Organismus analysieren zu können. Die Genomsequenzierung wird immer erschwinglicher und die Bestimmung der relativen und absoluten Häufigkeit von Transkripten, Proteinen, Metaboliten und sogar Reaktionsraten im Primärstoffwechsel wird immer genauer und kostengünstiger. Die großen Datenmengen, die bei solchen systemweiten Analysen anfallen, können in rechnergestützte Stoffwechselmodelle einfließen, um die Wirkung verschiedener Veränderungen zu verstehen. Letztlich geht es um rationales Strain-Engineering: Man will vorhersagen können, welche genetischen Veränderungen in den hochkomplexen organischen Systemen zum gewünschten Effekt führen.