Beeinflusst Genetische Prägung die Hydrolasenexpression in Trichoderma reesei?

Das Degenerieren von Stämmen ist ein häufig beobachtetes Phänomen in eukaryotischen Mikroorganismen. Es kann in unterschiedlichsten Erscheinungsformen beobachtet werden und reicht vom Verlust der Pathogenität von Krankheitserregern bis zur Verkümmerung von Produktionsstämmen in der Biotechnologie. Obwohl dieses Phänomen verschiedenste Ansätze der Grundlagenforschung sowie biotechnologische Anwendungen beeinträchtigt, ist sein wissenschaftlicher Hintergrund kaum verstanden. Eine mögliche Erklärung für diese Phänomene kann genetische Prägung sein. In der vorgeschlagenen Studie wird der epigenetische Einfluss auf die Expression von zwei Regulons (dem Zellulase- und dem Xylanaseregulon) des industriell bedeutenden Ascomyzeten Trichoderma reesei untersucht. Die Studie basiert auf einer vergleichenden Analyse von Wildtyp-, Produktions- und degenerierten Produktionsstämmen, die unter induzierenden sowie repremierenden Bedingungen kultiviert werden. Die Enzyme die durch die Expression beider Regulons gebildet werden haben eine große Bedeutung in der Herstellung von Biotreibstoffen der zweiten Generation. Sowohl bei Stammverbesserungsansätzen als auch während der eigentlichen Produktionsprozesse wird Stammdegeneration beobachtet. Das Projekt soll helfen die Mechanismen dieser Degenerationsprozesse zu verstehen und entsprechende Gegenmaßnahmen treffen zu können.

Enzyme spielen bereits heute in vielen Industriezweigen (Nahrungs- und Futtermittel, Textilien, Papier usw.) eine wesentliche Rolle, die im Hinblick auf schonenden Umgang mit unwiederbringlichen Ressourcen noch deutlich zunehmen dürfte. Eine Versorgung mit ausreichend und weitgehend kostengünstigen Enzymen ist daher ein Schritt in Richtung nachhaltige Produkte und Produktionsprozesse. Der saprotrophe Pilz Trichoderma reesei stellt von Natur aus Enzyme her, die Pflanzenmaterial abbauen, und wird daher auch für deren industrielle Produktion eingesetzt. Leider verlieren die verwendeten Industriestämme manchmal abrupt während des Herstellungsprozesses, manchmal aber auch schleichend ihre Topproduktivität. In jedem Fall jedoch tritt dieses Phänomen unvorhersehbar und ohne bekannte Ursache auf. Diese spontane Degeneration ist allerdings nicht nur auf T. reesei beschränkt, sondern ein verbreitetes Phänomen bei mikrobiellen Produktionsstämmen, das nachteilig für viele biotechnologische Prozesse ist. Im gegenständlichen Forschungsprojekt konnte festgestellt werden, dass die Stammdegeneration durch cis epigenetische Vorgänge bewirkt wird, die mit einer Verdichtung der DNA-Packung (also des sogenannten Chromatinzustandes) einhergehen, die wiederum im Zusammenhang mit chemischen Veränderungen kleiner Proteine, um die die DNA gewunden ist (sogenannte Histone), steht. Außerdem gibt es deutliche Hinweise auf Methylierung von DNA als eine der zentralen Ursachen für dieses Phänomen. In diesem Zusammenhang ist es auch gelungen, die bis dahin als irreversibel geltende Stammdegeneration zu verkehren und nicht produzierende Zellen, in einen produzierenden Zustand zurückzuführen. Schließlich konnten die Veränderungen in der Physiologie des Pilzes sowie seiner Genexpression, die mit dem Auftreten der degenerierten Pilzzellen einhergehen, bereites der Aktion von bestimmten Proteinen zugeordnet werden, die für Verschiebungen in der epigenetischen Landschaft der Pilzzelle verantwortlich sind. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen sollen nun in einem Folgeprojekt (einem kürzlich eingerichteten Christian Doppler-Labor) diese Mediatoren sowie deren Ziele identifiziert werden, um in weiterer Folge entsprechende Modifikationen an diesen vornehmen zu können, die es erlauben, stabile Produktionsstämme zu erhalten.