MAMMUT: Metabolic burden in Pseudomonas putida: Optimizing amino acid cost during expression of synthetic pathways for assimilation and bioproduction

Pseudomonas putida ist ein wichtiges Werkzeug für moderne biotechnologische Anwendungen, da es einfache Handhabung und schnelles Wachstum mit einem geringen Nährstoffbedarf und einer intrinsischen Resistenz gegen metabolischen und physiologischen Stress verbindet. Die Einführung heterologer oder synthetischer Stoffwechselwege geht mit einem höheren Bedarf an zellulären Ressourcen einher, was zu einer Umstellung der Ressourcenallokation von den normalen zellulären Funktionen auf die zusätzlich implementierte Aufgabe führt. Diese Ressourcen umfassen nicht nur die Transkriptions- und Translationsmaschinerie einschließlich RNA-Polymerase, Ribosomen und Aminosäuren, sondern auch chemische und Redox-Energie. Wenn eine dieser Ressourcen begrenzt wird, sinkt in der Regel die Wachstumsrate und die heterologe Produktion wird eingestellt. Dieses Phänomen wird als metabolische Belastung bezeichnet.

Das allgemeine Ziel dieses Projekts ist es, ein umfassendes Systemverständnis der Physiologie und des Stoffwechsels der heterologen Proteinüberproduktion mit P. putida als Wirt zu entwickeln und dieses Wissen auf einen biotechnologischen Prozess anzuwenden. Wir werden eine systematische Untersuchung der metabolischen Reaktion auf eine eingeführte metabolische Aufgabe in drei verschiedenen Versuchsanordnungen durchführen: die Produktion eines fluoreszenzmarkierten Dummy-Proteins, die Expression eines fremden heterologen Stoffwechselwegs und die Produktion neuartiger Metaboliten aus synthetischen Stoffwechselwegen unter Verwendung endogener Stoffwechselwege der Zelle. Die gesammelten quantitativen Daten werden dann in ein mathematisches Modell einfließen, das eine detaillierte Beschreibung der Ressourcenzuteilung und der metabolischen Belastung in P. putida liefert, was die Grundlage für die Abstimmung der Leistung heterologer Stoffwechselwege in zukünftigen Anwendungen bilden wird.
 

Projektbetreuung: M.Sc. Carina Meiners

Startdatum des Projektes: 01.11.2022