Selbstregulierte Proteinexpression in E. coli

Forschungsprojekt P 14556Selbstregulierente Proteinepression in E. coliDiethard MATTANOVICH09.10.2000 Die Überexpression rekombinanter Proteine in Bakterien führt zu einer starken Belastung der Wirtszelle, sodaß oftmals Zellteilung, Zellwachstum und Produktivität völlig zum Erliegen kommen, was die stabile Führung von biotechnologischen Produktionsprozessen stark erschwert. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Evaluierung eines selbstgeregelten Expressionssystems, das die Expressionsstärke in Reaktion auf auftretende Streßsignale an die Kapazität der Zelle anpaßt.

Bakterien sind eine der wichtigsten Gruppen von Mikroorganismen für die biotechnologische Herstellung von Proteinen (Eiweißmolekülen). Durch die Produktion dieser Proteine werden die Zellen häufig stark gestresst, sodass der zelluläre Stoffwechsel und das Wachstum eingeschränkt werden. Dadurch leidet in vielen Fällen die Produktivität. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines zellulären Regulationssystems, das die Produktionsrate des gewünschten Proteins an den Stresszustand der Zelle anpassen kann. Dazu wurden genetische Schalter verwendet, die auf ein typisches Stresssignal der Bakterienzellen reagieren. Damit wurden verschiedene Bakterienstämme hergestellt, und mit herkömmlichen Stämmen verglichen, wobei Wachstum, Produktbildung, und der Stresszustand der Zellen anhand verschiedener Stresssignale gemessen wurden. Die besten Stämme wurden anschließend auch im Labormaßstab unter Bedingungen kultiviert, die einer industriellen Produktion ähnlich sind, um erste Daten über die Anwendbarkeit der neuentwickelten Systeme zu erhalten. Das Projekt lieferte einerseits neues Grundlagenwissen über Zusammenhänge der Stoffwechselregulation in Bakterienzellen unter Stressbedingungen, andererseits neue angewandte wissenschaftliche Ansätze zur Optimierung biotechnologischer Produktionssysteme.