CD-Labor for Gentechnisch veränderte Milchsäurebakterien

Die Grundlagen für gezielte genetische Anpassung von Milchsäurebakterien an die spezifischen Bedürfnisse industrieller Produktionsprozesse werden erforscht. Als Ausgangspunkt dient eine umfassende Betrachtung der Gesamtheit aller Gene (Genom), mRNA-Moleküle (Transkriptom) und Proteine (Proteom) sowie deren Wechselwirkungen (systemischer Ansatz).

Milchsäurebakterien (MSB) leisten zahlreiche wertvolle Dienste für den Menschen. Sie sorgen als Bestandteil unserer Darmflora für eine gesunde Verdauung und werden zur Konservierung von Lebens- und Futtermitteln (z. B. in Joghurt, Sauerkraut und Silage) verwendet. Die zunehmende Spezialisierung industrieller Herstellungsprozesse, an denen MSB beteiligt sind, führt in zunehmendem Maße auch zu höheren technologischen Anforderungen an diese Organismen.

Durch Sammlung und Analyse umfassender Informationen über Genom, Transkriptom und Proteom bestimmter MSB-Stämme werden Grundlagen für ein rationales Genetic Engineering dieser Bakterien geschaffen. Die Gentechnik ist dabei ein gut zu kontrollierendes Werkzeug, um ausgewählte MSB bedarfsgerecht zu optimieren.

Besonderes Interesse besteht auch an der Struktur des MSB-Genoms und der Regulation der Proteinsynthese. Dazu gehört beispielsweise auch die Sekretion von Proteinen der MSB in ihre Umgebung. Das Verständnis dieser Strukturen und Vorgänge wird dazu beitragen, höhere Effizienz bei der Herstellung gewünschter Proteine zu erzielen. Ebenso sind die genetische Stabilität – also das Vermeiden von genetischen Veränderungen über viele MSB-Generationen hinweg – und die biologische Unbedenklichkeit der optimierten MSB wichtige Anliegen der Forschung. Für die Klärung der biologischen Unbedenklichkeit wird dabei auf die sogenannte Metagenom-Analyse zurückgegriffen. Diese Methode erlaubt es, die Verbreitung genetisch adaptierter MSB in ihrer natürlichen, mikrobiellen Umgebung zu analysieren.

Die Forschungsarbeiten werden im Bereich des Enzyme Engineering in Zusammenarbeit mit der TU Graz zur Erreichung der Ziele führen. Das erarbeitete Grundwissen wird langfristig dazu beitragen, MSB-Stämme zu konstruieren, die Proteine, Peptide (kurze Proteine) und Stoffwechselprodukte in größeren Mengen als bisher produzieren. Dadurch könnten therapeutische Proteine, aber auch Enzyme für den industriellen Einsatz produziert werden. Darüber hinaus wird die Konstruktion von MSB-Stämmen, die komplexe pflanzliche Moleküle wie z. B. Cellulose, Hemicellulose oder Inulin effizient abbauen können, möglich. Damit würde eine Verbesserung des Gärverhaltens der optimierten Stämme erreicht, wie z. B. schnelleres Ansäuern des Substrates.