Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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CD-Labor für Optimierte Expression von Kohlenhydrat-aktiven Enzymen

 

Der saprotrophe Pilz Trichoderma reesei wird für die industrielle Herstellung von Kohlenhydrat-aktiven Enzymen genutzt, die ihrerseits in vielen industriellen Bereichen Anwendung finden. Unerfreulicherweise kommt es vor, daß Topproduktionsstämme während eines Fermentationslaufes plötzlich ihre Produktivität einbüßen. Eine derartige spontane Degeneration von mikrobiellen Produktionsstämmen ist nicht auf T. reesei beschränkt, sondern ein durchaus verbreitetes Phänomen, das äußerst nachteilig für biotechnologische Prozesse ist. Leider kann derzeit eine solche unerwartete Degeneration nicht verhindert werden und wird im mechanistischem Sinne auch nicht wirklich verstanden. Gemäß Untersuchungen der beiden Antragsteller (TU Wien und Novozymes) wird die Stammdegeneration durch cis epigenetische Vorgänge bewirkt, die mit einer Verdichtung des Chromatins einhergehen, das wiederum im Zusammenhang mit Veränderungen in der Histonmodifikation steht. Weiters gibt es deutliche Hinweise auf DNA-Methylierung von Regionen, die übergeordnet des zentralen Transaktivators der Enzymexpression angesiedelt sind, als eine der eigentlichen Ursachen für dieses Phänomen. Die Veränderungen in der Physiologie des Pilzes sowie seiner Genexpression, die mit dem Auftreten der degenerierten Zellpopulation einhergehen, können letztlich der Aktion von Proteinen zugeordnet werden, die für Verschiebungen in der epigenetischen Landschaft der Pilzzelle verantwortlich sind. Es sollen diese Mediatoren sowie deren Ziele identifiziert werden, um in weiterer Folge entsprechende gezielte Modifikationen an diesen vornehmen zu können, die optimalerweise zu Strategien beruhend auf synthetischer Biologie führen, die es erlauben, stabile Produktionsstämme zu erhalten.

Neben klassischer Genregulation durch Transkriptionsfaktoren werden heutzutage nichtkodiernende (nc) RNAs als zentrale regulatorische Elemente in der Zelle betrachtet. Obwohl es Hinweise auf die Existenz von ncRNAs in niederen Eukaryonten – wie es beispielsweise industriell genutzte Pilze sind - gibt, wurde in diesen bis jetzt weder über grundlagenwissenschaftliche Studien noch über entsprechende Anwendungen von ncRNAs berichtet. Der universitäre Partner verfügt seit kurzem über Forschungsergebnisse, die belegen, dass eine lange ncRNA (genannt HAX1) als ein Aktivator für die Enzymexpression in T. reesei fungiert und dass sich diese Funktion im Zuge der auf Zufallsmutagenese beruhenden Stammentwicklung verstärkt haben dürfte. Die dabei stattgefundene Evolution von HAX1 bezieht sich vor allem auf seine Länge und damit auch auf Strukturänderungen. Allerdings müssen auch Punktmutationen, die Änderungen in der Struktur und/oder der Stabilität von HAX1 bewirken können, sowie Änderungen in seinem Expressionsverhalten in Betracht gezogen und untersucht werden. Beruhend auf solchen Erkenntnissen sollen synthetische HAX1 Versionen, die aus Fusionen der verschieden evolvierten HAX1 Versionen bestehen, kreiert werden. Eine weitere Basis für die Synthese von artifiziellen HAX1 Versionen sind serielle Basenpermutationsanalysen. Letztlich sollen Expressionskassetten für HAX1 entwickelt werden, die direkt in jedweden Stamm, der für einen Anwender von Interesse ist, in einem einzigen Schritt eingebracht werden können und zur unmittelbaren Erhöhung der Enzymproduktion führen.

 

Information über das Projekt bei der Christian Doppler Forschungsgesellschaft