Systemanalyse der Zellulaseproduktion

Trichoderma reesei (Synonym Hypocrea jecorina) ist ein filamentöser Ascomycet, der für die industrielle Produktion von Zellulose- und Hemizellulose abbauenden Enzymen für die Textil-, Papier- oder Futtermittelindustrie eingesetzt wird. Ein neues, zukunftsträchtiges Betätigungsfeld für den Zellulasenproduzent findet sich im Bereich der Produktion von Biokraftstoffen (Bioethanol) und Feinchemikalien. Biokraftstoffe der 1. Generation haben den Nachteil, dass die verwendeten Rohstoffe auch als Nahrungsmittel verwendet werden. Eine bessere und nachhaltige Rohstoffquelle stellen Energiegräser oder zellulosehältige Abfallprodukte aus Landwirtschaft und Industrie dar, die als Biokraftstoffe der 2. Generation bezeichnet werden. In diesen Pflanzen(resten) ist Zucker hauptsächlich in Form von Zellulose gespeichert, und muss zuerst in einem kostenaufwendigen Prozess freigesetzt werden müssen. Um diesen Prozess wirtschaftlich zu machen sind verschiedene Verbesserungen im Bereich der Enzyme, der Rohstoffvorbehandlung und der Fermentationstechnologie notwendig. T. reesei hat sich vor allem dadurch als Zellulaseproduzent durchgesetzt, weil industrielle Hochleistungsstämme über 100 Gramm Enzym pro Liter produzieren können. Die Stammverbesserung basiert noch immer weitgehend auf konventionellen Mutations- und Selektionsmethoden, was zur Folge hat, dass neben den erwünschten Mutationen, die zur Zellulaseproduktionsverbesserung führen, sich auch viele nachteilige Mutationen in diesen Stämmen angesammelt haben. Im Jahr 2008 wurde das Genom von T. reesei entschlüsselt. Aus der Genomsequenz alleine lässt sich aber noch nicht ableiten, warum dieser Pilz ein so effizienter Zellulaseproduzent ist. Das Vorhandensein der Genomsequenz ermöglicht es aber neue genomweite Untersuchungsmethoden anzuwenden und mithilfe von DNA-Sequenziertechnologien der nächsten Generation die Genome der Hochleistungsproduzenten mit dem des Ursprungsstammes zu vergleichen. Der in diesem Projekt geplante Genomvergleich dieser Stämme stellt jedoch nur einen ersten, wichtigen Schritt dar. Um die Genomänderungen und ihre Auswirkung auf die Zellulaseproduktion richtig interpretieren zu können, werden wir weitere High-throughput Methoden wie z.B. Microarrays anwenden, mit deren Hilfe wir die Folgen der Genomveränderungen auf die Genexpression untersuchen werden. Die Analyse der Veränderungen auf Genom- und Transkriptebene soll letztendlich dazu führen, ein besseres Verständnis der Zellulaseregulation und -hyperproduktion zu gewinnen. Die in dieser Analyse identifizierten Schlüsselkomponenten werden in der Folge genetisch modifiziert mit dem Ziel effizientere zellulasebildende Stämme herzustellen.