CoConut2.0: Zell-Zell-Interaktion in einer synthetischen Co-Kultur – PHA-Produktion aus Sonnenlicht und CO2 in einer künstlichen Co-Kultur zwischen Synechococcus elongatus und Pseudomonas putida
Eine der dringlichsten Herausforderungen unserer Zeit ist die Klimakrise, die durch den hohen Ausstoß an industriellen Treibhausgasen maßgeblich vorangetrieben wird. Um die industriellen Emissionen zu senken, sind Innovationen wichtig, die diese Gase verwerten. Ein vielversprechender Ansatz ist ihre Einbindung in nachhaltige Bioprozesse, wie unsere photoheterotrophe Co-Kultur veranschaulicht: Unter Salzstress wandelt das Cyanobakterium Synechococcus elongatus (S. elongatus) PCC 7942 cscB (Versorger) Licht und CO₂ in Saccharose um. Das sekretierte Disaccharid dient dem Bodenbakterium Pseudomonas putida (P. putida) EM178 attTn7::cscRABY (Produzent) als alleinige Kohlenstoffquelle für die Synthese von Polyhydroxyalkanoate (PHAs). PHAs stellen biologisch abbaubare Alternativen zu fossilbasierten Kunststoffen dar. Das Proof of Concept sowie seine erfolgreiche Optimierung wurden in Vorgängerprojekten, betreut von Dr.-Ing. Hannes Löwe und Dr. Ing. Franziska Pia Kratzl demonstriert.
Im aktuellen Projekt werden die nachhaltigen Eigenschaften der Co-Kultur gezielt genutzt, um einen universellen Plattformprozess für eine umweltfreundliche Bioproduktion zu etablieren. Konkret bedeutet dies eine Erweiterung und Flexibilisierung des Produktspektrums, sodass in der Co-Kultur neben PHAs auch eine Vielzahl weiterer Bioprodukte gebildet werden können. Dabei stellt S. elongatus PCC 7942 cscB weiterhin die Kohlenstoffquelle bereit, während die natürliche metabolische Vielseitigkeit von P. putida die Erweiterung des Produktspektrums ermöglicht. Durch den modularen Austausch biosynthetischer Elemente soll P. putida flexibel an die Synthese spezifischer Zielprodukte angepasst werden.
Zur weiteren Optimierung des Prozesses soll ein Populationsmodell entwickelt werden, das das dynamische Verhalten der Co-Kultur quantitativ beschreibt und die Vorhersage optimaler Wachstums- und Produktionsbedingungen ermöglicht. Ein solches Modell verbessert zudem die Vergleichbarkeit innerhalb der Plattform, da einheitliche Parameter über das gesamte Produktspektrum hinweg angewendet werden können. Dies schafft die Grundlage für eine systematische Abstimmung der Prozessbedingungen mit dem Ziel maximaler Erträge.
Darüber hinaus sollen metabolische Zusammenhänge sowie potenzielle Wechselwirkungen zwischen den beiden Partnerorganismen untersucht werden, um das Verständnis der Zell-Zell-Interaktionen innerhalb des mikrobiellen Konsortiums gezielt zu vertiefen.
Die Kombination aus experimenteller Forschung und mathematischer Modellierung wird die Co-Kultur zu einer vielseitigen und robusten Plattform für unterschiedlichste biotechnologische Anwendungen weiterentwickeln.
Projektbetreuung: M.Sc. Luisa Klein
Startdatum des Projektes: 01.02.2024