Forschungsprojekte des Blank Lab

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Lars M. Blank

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Das Ziel des Blank Lab ist es Mikroben für die Umwelt, die Gesellschaft und die Wirtschaft nutzbar zu machen. Wir untersuchen den Metabolismus von Bakterien und Pilzen, um eine große Anzahl an Anwendungsbereichen optimieren und kontrollieren zu können; ausgehend von der Produktion von Platform Chemikalien bis hin zum Verderb von Biodiesel.

Biokatalyse

Indem wir uns die Vielseitigkeit des Lebens nutzbar machen, können wir biologische Substrate in eine Reihe wichtiger Chemikalien umwandeln. Die Bausteine für Brennstoff, Plastik bis hin zu Medizin können mithilfe von Bakterien oder Pilzen hergestellt werden. So bietet die Biokatalyse eine saubere, sichere und umweltfreundliche Alternative zur traditionellen chemischen Synthese. Auf der anderen Seite können Mikroben auch eine große Anzahl an Chemikalien abbauen. Einerseits kann dies nützlich sein zum Beispiel beim Abbau von Schadstoffen in der Umwelt, andererseits kann es auch Probleme verursachen zum Beispiel beim Korodieren oder Verderben.

Rationale Entwicklung von Stämmen

Mithilfe von Metabolic Engineering lassen sich Mikroorganismen für die Produktion einer großen Anzahl an Chemikalien nutzbar machen. Für eine effiziente Produktion muss der Metabolismus des Organismus allerdings umgeleitet und die Produktbildung somit erhöht werden. Beim Metabolic Engineering werden innerhalb des hochkomplexen Stoffwechselnetzwerks bestimmte Reaktionen verändert, erschaffen oder entfernt, um die Umwandlung eines Substrats in ein gewünschtes Produkt zu erhöhen. Dies wird erreicht, indem genetische „Module“ hinzugefügt werden, die Enzyme kodieren, welche bestimmte metabolische Reaktionen katalysieren oder indem korrespondierende Gene im Genom des Organismus gelöscht werden.

Systemanalyse

Ein typisches Genom enthält Tausende Gene, welche für Tausende Proteine kodieren, welche wiederum Tausende Reaktionen durchführen. Dadurch wird das Verstehen einer einzelnen Veränderung dieses Systems hochkomplex. Glücklicherweise haben uns jüngste Entwicklungen in der Bioanalyse in die Lage gebracht, jeden Aspekt des Organismus analysieren zu können. So ist die Sequenzierung eines Genoms zunehmend erschwinglich und die Bestimmung der relativen und absoluten Menge an Transkripten, Proteinen, Metaboliten und sogar Reaktionsraten des primären Stoffwechsels wird immer genauer und bezahlbarer durch den vermehrten Einzug quantitativer Methoden in die Biologie. Das große Datenvolumen, das bei einer solchen systemweiten Analyse entsteht, wird für digitale Stoffwechselmodelle genutzt, um den Effekt verschiedener Veränderungen auf das Stoffwechselnetzwerk zu verstehen. Das endgültige Ziel ist rationale Stammentwicklung: voraussehen zu können, welche genetischen Veränderungen im hochkomplexen organischen System zum gewünschten Ergebnis führen.