Funktion, Kontrolle und Engineering mikrobieller Methylotrophie

Methanol ist ein attraktives, kostengünstiges Substrat für die Biotechnologie, das für seine Herstellung keine landwirtschaftlichen Flächen benötigt und nachhaltig aus dem Treibhausgas CO2 hergestellt werden kann. Methylotrophie, d. h. die Fähigkeit von Mikroorganismen, Methanol als Kohlenstoff- und Energiequelle zu nutzen, hat sich in mehreren Bakteriengruppen und in einem Zweig der aufkeimenden Hefen entwickelt. Bei Hefen ist der Methanol-Assimilationsweg in Peroxisomen eingekapselt, die das Zytosol vor toxischen Zwischenprodukten schützen können, während bei Bakterien die Prozesse zytosolisch sind und die Reaktionen sorgfältig ausbalanciert sind, um die Anreicherung toxischer Verbindungen zu verhindern. Forschungsfragen Wir planen, die Rolle der Kompartimentierung auf die Funktion des Methanolstoffwechsels in der natürlich methylotrophen Hefe Komagataella phaffii und dem manipulierten Escherichia coli aufzuklären, indem wir die folgenden Forschungsfragen beantworten: • Warum und in welchem ​​Ausmaß ist die Kompartimentierung für die Methylotrophie in Hefe wichtig? • Können wir mithilfe einer „künstlichen“ methylotrophen Organelle eine synthetische Methylotrophie in Bakterien etablieren? Ansatz Wir werden den gesamten Assimilationsweg zum Zytosol von K. phaffii neu ausrichten und das erste Enzym von einer O2-abhängigen Oxidase zu einer NAD+-abhängigen Dehydrogenase austauschen, um zu verstehen, ob irgendwelche oder alle Reaktionen des Weges von der peroxisomalen Lokalisierung abhängen. Künstliche Organellen auf der Basis bakterieller Mikrokompartimente werden gebaut, um den Stoffwechselweg zu beherbergen, und in E. coli eingeführt, um synthetische E. coli-Stämme mit dem Hefe-Methanol-Verwertungsweg zu erzeugen. Die Funktionalität der Signalwegvarianten wird durch in vitro und in vivo 13C-basierte Metabolomik bewertet, und das metabolische Netzwerk und sein Zusammenspiel werden durch adaptive Laborevolution weiter ausgeglichen.