Cyano-GenApp

Cyanobakterien sind außergewöhnliche Mikroben die wie Pflanzen in der Lage sind, durch Photosynthese Licht als Energiequelle zu nutzen. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind sie von großem Interesse für industrielle Herstellungsprozesse. Sie sind jedoch kaum als Zellfabriken etabliert, da sie anspruchsvoll in der Handhabung und genetische n Manipulation sind. Ein zentrales Ziel dieses Projektes ist es Werkzeuge zu entwickeln um die genetische Manipulation von Cyanobakterien zu erleichtern. Eine sehr bekannte Strategie der genetischen Manipulation ist CRISPR/Cas9. Die Methode ist vorteilhaft gegenüber anderen, da sie effizient ist und keinen genetischen Selektionsmarker erfordert. Das System basiert auf einem Protein (Cas9), welches die DNA an bestimmten Positionen schneidet , die durch eine spezielle RNA vorgegeben werden. Dies ermöglicht das Einbringen von Fremd-DNA an gewünschten Stellen. CRISPR/Cas9 wird in zahlreichen Organismen eingesetzt. In Cyanobakterien jedoch ist die Verwendung dieser Methode nur eingeschränkt möglich, da das Cas9 Protein hier toxische Effekte hat. Als möglicher Ansatz um dieses Problem zu umgehen, wird im gegenwärtigen Projekt die Verwendung von Cas Proteinen aus Cyanobakterien getestet. Dies verspricht eine Verringerung der toxischen Effekte, und damit eine Steigerung der Mutations-Effizienz. Ein weiteres Hindernis bei der genetischen Manipulation von Cyanobakterien ist die genetische Organisation dieser Organismen. Im Vergleich zu den meisten anderen Bakterien besitzen Cyanobakterien mehrere Kopien ihres Genoms, was die Herstellung genetisch reiner Mutanten erschwer t. Deshalb werden in diesem Projekt Bedingungen eingesetzt die eine Verringerung der Genomkopienzahl bewirken. In Kombination mit einer effizienten Engineering Methode wie CRISPR/Cas verspricht das die Herstellung genetisch reiner Mutanten ohne d ie Verwendung von Selektionsmarkern. Dies wäre ein Meilenstein in der genetischen Manipulation von Cyanobakterien. Ein weiterer, unabhängiger Teil des Cyano-GenApp Projektes befasst sich mit der Herstellung von Wasserstoff in Cyanobakterien. Wasserstoff ist eine sinnvolle Alternative zu fossilen Brennstoffen. Cyanobakterien besitzen ein spezifisches Enzym für die Herstellung von Wasserstoff, die Hox Hydrogenase. Dieses Enzym ist zwar hoch effizient, aber sauerstoffinstabil. Da während der Photosynthese Sauerstoff produziert wird, kommt das Enzym also nur im Dunkeln zum Einsatz Bedingungen die wiederum nur ein schlechtes Wachstum der Cyanobakterien ermöglichen. Als völlig neuen Ansatz um dem Thema zu begegnen, wird versucht diese Hydrogenase durch eine vorteilhaftere zu ersetzten. Diese wird durch Fusion zweier Hydrogenasen erzeugt: der natürlichen, aus dem Cyanobakterium stammenden Hydrogenase und einer sauerstoffstabilen Hydrogenase aus einem Knallgasbakterium. Diese Strategie verspricht die Produktion von Wasserstoff in Cyanobakterien unter optimalen Bedingungen und im besten Fall in einem industriellen Maßstab.