EPO-Acetogen

Der Klimawandel erfordert eine Abkehr von der Verwendung fossiler Energieträger. In diesem Zusammenhang wurde die industrielle Biotechnologie viele Male als nachhaltige Alternative vorgeschlagen. Die Implementierung von biobasierten industriellen Produktionsrouten von Chemikalien und Treibstoffen erfordert geeignete Substrate und mikrobielle Katalysatoren. Eine Kohlenstoffkreislaufwirtschaft basierend auf CO2 (aus industriellen Quellen oder aus direkt aus der Luft aufkonzentriert) und erneuerbar erzeugter Energie (z. B. Wind, Sonne) könnte etabliert werden in der C1 Komponenten wie CO2 (+H2), Kohlenmonoxid (CO), Formiat/Ameisensäure oder Methanol als nachhaltige Substrate für die Bioproduktion von Produkten des täglichen Lebens wie Treibstoffen oder Bioplastik dienen. Acetogene Bakterien sind in diesem Zusammenhang besonders geeignete Kandidaten, da diese Gruppe von anaeroben Bakterien all diese Substrate mit hoher Energieeffizienz nutzen kann. Diese hohe Effizienz kommt allerdings zum Preis einer geringen Verfügbarkeit von ATP, der zellulären Energiewährung, eine Tatsache die beschrieben wurde als Leben am thermodynamischen Limit. Dies führt zu niedrigen Wachstumsausbeuten und einem engen Spektrum an möglichen Produkten. Neben Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff ist Phosphor eines der Schlüsselelemente des Lebens und den Stoffwechsel. Phosphor existiert natürlich in verschiedenen Oxidationsstufen. Eine reduzierte Phosphorkomponente ist Phosphit, welches in geringen Mengen natürlich auf der Erde vorkommt, aber auch industriell als Düngemittel sowie in der chemischen und Automobilindustrie verwendet wird. Im Kontext von zellulärem Energiestoffwechsel ist Phosphit von Interesse da es bestimmte anaerobe Bakterien gibt die Phosphit als Energiequelle nutzen können und dabei im Vergleich zu Acetogenen deutlich höhere Mengen an zellulärer Energie (ATP) erzeugen. Das Hauptziel von EPO-Acetogen ist es den Modelacetogenen Acetobacterium woodii in einen Organismus zu verwandeln mit der Fähigkeit Phosphit als Energiequelle zu nutzen. Die Hauptrationale ist dabei, dass die Implementierung von Phosphitverwertung es erlaubt den Stoffwechsel von Acetogenen zu dopen, d. h. die ATP Produktionslevel über das natürliche Maß zu erhöhen. Um dieses Ziel zu erreichen wird ein breiter Ansatz aus Mikrobiologie, gentechnische Veränderung, Fermentation, Analyse von Mikroorganismen mit bioanalytischen Methoden und computergestützten Modellen genutzt. Es wird erwartet, dass EPO-Acetogen ein leistungsstarkes Chassis zur Verfügung stellen wird, welches einerseits genutzt werden kann um weitere Grundlagenstudien über die Rolle von Phosphitoxidation im globalen geochemischen Phosphorkreislauf durchzuführen, aber andererseits auch für angewandte Studien im Zusammenhang mit der Entwicklung (über systematisches Metabolic Engineering) und Ausnutzung von Acetogenen für Bioproduktionsszenarien zur Umwandlung von C1 Komponenten+H2 in Chemikalien und Treibstoffe.