Funktionelle Genomik und Stammoptimierung von Bacilli

Unsere Arbeitsgruppe verfügt über langjährige Erfahrungen in der funktionellen Genomanalyse von Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis und anderen industrierelevanten Bacilli. Bacillus zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, Enzyme in großen Mengen zu produzieren und zu sekretieren, und ist dadurch für die industrielle Biotechnologie von großem Interesse. Darüber hinaus dient B. subtilis als Modellorganismus für grampositive Bakterien und zelluläre Differenzierungsprozesse wie die Bildung von Endosporen. Durch die Kombination von Grundlagen- und angewandter Forschung erweitern wir ständig unsere globale Sicht auf Bacillus.

Unsere technische Plattform umfasst transkriptomische und proteomische Techniken, mit denen Stress- und Hungerreaktionen bei Bacillus untersucht werden. Um den physiologischen Zustand insbesondere unter produktionsnahen Bedingungen zu untersuchen, führen wir Fermentationen (Batch und Chemostat) in parallelen Bioreaktorsystemen (DASGIP®, Biostat QPlus) durch, die durch Monitoring-Techniken, z.B. für Abgas- oder Biomasseanalysen, komplementiert werden.

Neben der funktionellen Genomanalyse entwickeln wir neue Technologien zur Verbesserung unserer Bacillus-Expressionsplattform. In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern arbeiten wir an verschiedenen Stufen der Stammoptimierung: Wir konstruieren neue Wirts-Vektor-Systeme und entwickeln Strategien zur Verbesserung produktionsnaher Stämme. Wir konnten starke, aber streng regulierte Promotorsequenzen bestimmen, die spezifisch durch definierte physiologische Bedingungen induziert werden (Abb. 1). Derartige Promotorsequenzen bilden die Grundlage für die Entwicklung alternativer Expressionssysteme zur Überproduktion von Proteinen in den wichtigen industriellen Mikroorganismen Bacillus subtilis und Bacillus licheniformis.

Potentielle Expressionswirte werden mittels funktioneller Genomanalyse charakterisiert, was wiederum zu neuen Ansätzen der Stammoptimierung führt. Diese Ansätze wirken synergetisch und bilden die Grundlage für ein verbessertes Verständnis von Bacillus und dessen Physiologie.

Molekulare Techniken zur Stammoptimierung umfassen Klonierungsverfahren nach dem neuesten Stand der Technik und verschiedene Werkzeuge zur genetischen Manipulation bzw. Genomeditierung (z. B. GoldenGate, SLIC, Gibson-Assemblierung, CPEC, Cre/loxP, Marker-lose Gendeleletion usw.).

pACOH
Secretion

Abb. 1. Schematische Darstellung eines Acetoin-regulierten Bacillus subtilis-Expressionssystems sowie ein Beispiel der extrazellulären Proteinproduktion mit diesem System

Verantwortliche Mitarbeiter:

Dr. Britta Jürgen, Dr. Norma Welsch, Jana Matulla, Mathis Appelbaum

 

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