CD-Labor für Nachhaltige Bioproduktion mit Pilzen durch gezielte Stammentwicklung

Zitronensäure wird industriell mithilfe des Pilzes Aspergillus niger produziert. Dieses CD-Labor erforscht Selektionsstrategien, um besonders effiziente Stämme zu identifizieren und anzureichern. Das Ziel ist die gentechnikfreie Optimierung eines wichtigen Produktionsprozesses.

Die Kreislaufwirtschaft hat das Ziel, erneuerbare und nachhaltige Chemikalien herzustellen. Eine der wichtigsten Biochemikalien ist die Zitronensäure, eine wichtige Fruchtsäure, die in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie, sowie in Kosmetika, Medikamenten und Reinigungs- und Waschmitteln eingesetzt wird. Zitronensäure wird seit etwa 100 Jahren effizient durch Fermentation einer zuckerhaltigen Nährlösung mit dem Pilz Aspergillus niger in großen Mengen industriell hergestellt. Die weltweite Produktion liegt bei jährlich mehr als 2 Millionen Tonnen und der Bedarf steigt.

Das Verständnis des biologischen Umsetzungsprozesses von Zucker zu Zitronensäure hilft bei der Entwicklung hocheffizienter Stämme. In den letzten Jahren wurden diesbezüglich erhebliche Fortschritte gemacht. Man weiß nun, welche Gene im pilzlichen Organismus dafür verantwortlich sind, dass die Produktion von Zitronensäure grundsätzlich ein- und ausgeschaltet und die Produktionsmenge reguliert wird. Mithilfe dieses Wissens können neue, effizientere Stämme entwickelt werden. In der industriellen Lebens- und Futtermittelproduktion sollte eine solche Optimierung jedoch möglichst ohne Verwendung von genetisch veränderten Organismen (GVO) auskommen. Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt dieses CD-Labors auf der Selektion besonders effizienter Stämme aus natürlich evolvierenden Kolonien, ohne genetische Veränderungen vorzunehmen.

So soll das Wissen um die relevanten Gene genutzt werden, um gezielt Selektionsstrategien zu entwickeln und damit neue Produktionsstämme zu screenen. Dafür werden molekulare Analyse- und Selektionswerkzeuge eingesetzt, die speziell auf einzelne Zellen von Aspergillus niger angewendet werden können. Diese gezielte Analyse der genomischen Daten von sich natürlich evolvierenden Populationen, erlaubt einen tiefen Einblick in die Biologie und Biochemie des Pilzes und hilft, weitere wesentliche Faktoren für eine effiziente Zitronensäureproduktion aufzudecken. Besonders effiziente Stämme werden dann gezielt angereichert.

Darüber hinaus wird eine Methode für die in vivo mRNA-Messung entwickelt, um die räumliche. Verteilung der mRNA zu messen, welche für die Zitronensäureproduktion relevant sind. Zusätzlich werden neuartige Kontrollstrategien mit extern applizierter RNA getestet, um die Transkriptionsmuster während der Zitronensäureproduktion zu beeinflussen. Die Möglichkeiten des Pilzes, molekularen Sauerstoff umzuwandeln und zu speichern, werden analysiert, und die Stammselektionspipeline wird zur Anreicherung von Stämmen mit verbesserten Sauerstoffspeicherfähigkeiten genutzt.

Die so entwickelten Stämme werden die Zitronensäureproduktion deutlich verbessern, und da sie ohne genetische Manipulation gewonnen werden, können sie direkt in der Industrie eingesetzt werden.