Forschung

Die Professur für Systembiotechnologie beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Aspekten bei biotechnologischen Prozessen. Dabei werden Methoden und Werkzeuge der Systembiologie gezielt für Analyse- und Optimierungsaufgaben bei biotechnologischen Fragestellungen herangezogen. Diese Methoden können unabhängig vom gewählten Organismus eingesetzt werden.

Schwerpunktmäßig werden zuerst mathematische Modelle von zellulären Vorgängen erstellt, die als Grundlage einer Optimierung verwendet werden können. Dabei sollen nicht nur Aspekte des Stoffwechsels, sondern auch der Signalübertragung berücksichtigt werden, die eine wichtige Rolle spielen, wenn die Organismen veränderten Umweltbedingungen/Fermenterbedingungen ausgesetzt sind. Um das Verhalten der Organismen unter Produktionsbedingungen zu untersuchen, sind die Zellmodelle anschließend mit Reaktormodellen zu koppeln. Experimentelle Techniken werden zur Beschreibung der bakteriellen Physiologie und zur Validierung der mathematischen Modelle eingesetzt.

Systembiotechnologische Forschung hat zum Ziel den gesamten biotechnologischen Prozess zu verbessern. Damit ergeben sich eine Reihe von Optimierungsaufgaben, die sowohl Prozessführung als auch das biologische System betreffen. Um zu leistungsstärkeren Systemen zu kommen, muss gezielt in Bereiche des Stoffwechsels und der Signaltransduktion eingegriffen werden. Hier kommen dann auch Methoden der synthetischen Biologie zum Einsatz, wobei maßgeschneiderte Module konstruiert werden, die bestimmte Funktionalitäten besitzen. Abhängig vom Gesamtprozess können so bspw. Stoffwechselwege zu- und abgeschaltet oder umgeschaltet werden.

Aktuelle Forschungsarbeiten:

• ProPHet2Con: Towards control of population heterogeneity induced variations in process performance during L-phenylalanine production with Escherichia coli
   
• MAMMUT: Metabolic burden and resource allocation in Pseudomonas putida during the expression of a synthetic pathway for geranic acid production
   
• IGUANA: A systems biotechnology approach for improving substrate uptake during succinic acid production in a two-phase cultivation process
   
• OctoPus: Experimental quantification and data-based modelling of amino acid synthesis cost in Pseudomonas putida
   

Abgeschlossene Forschungsarbeiten:

• CoConut: Cell-cell interaction in a synthetic co-culture, PHA production from sunlight and CO2 in an artifical co-culture between Synechococcus elongatus and Pseudomonas putida (2020-2023).
• ProPhet: Analysis of population heterogeneity induced variations in process performance (2019-2022).
• CHEAP: Zerlegung von zellulären Prozessen während heterologer Proteinproduktion in Pseudomonas putida - oder wie viel kostet ein Protein? (2019-2022)
• HOBBIT: Metabolic engineering of Halomonas elongata for the production of ectoine (2017-2020)
• Systematische Analyse der heterologen Expression in Escherichia coli (2015-2019)
• Entwicklung eines theoretischen Workflows für Metabolic Engineering und seine Anwendung auf die Terpenoidproduktion in Escherichia coli (2015-2018)
• Modellbasierte Charakterisierung intrinsischen Rauschens in multistabilen Genexpressionssystemen (2014-2019)
• Produktion von PHA aus CO₂ und Sonnenlicht in definierten Mischkulturen (wird fortgeführt in CoConut)
• Einfluss des Phosphotransferase Systems von Pseudomonas putida auf stoffwechselphysiologische und biotechnologisch relevante Prozesse (Abgeschlossen)