Third party funded individual grant
Acronym: C1 Booster
Start date : 01.10.2025
End date : 30.09.2025
Um die von den Vereinten Nationen festgelegten Nachhaltigkeitsziele zu erreichen müssen nachhaltige Lösungen gefunden werden und die Treibhausgasemissionen in allen Sektoren verringert werden. Biotechnologische Produktionsverfahren nutzen erneuerbare Kohlenstoff Quellen und sollen den Übergang zu einer nachhaltigeren, biobasierten Wirtschaft mit einem geringeren oder gar keinem CO2-Fußabdruck vorantreiben. Derzeit stützen sich Bioprozesse meist auf Rohstoffe der ersten oder zweiten Generation, die reich an Zuckern sind, da dies die bevorzugten Substrate der meisten industriellen Mikroorganismen sind. Typischerweise wird CO2 aufgrund eines Ungleichgewichts im Reduktions- oder Energiegrad während aerober oder anaerober Bioprozesse freigesetzt. Daher könnte der Ausgleich von Energie- oder Redoxäquivalenten durch die Zufuhr geeigneter Co-Substrate der Schlüssel zur Vermeidung von CO2-Emissionen sein. Unsere Lösung: Etablierung einer CO2-freien Produktion von Feinchemikalien unter Verwendung von Methanol als Co-Substrat und Elektronenverstärker. Warum Methanol als Co-Substrat? Für die Zukunft wird erwartet, dass überschüssige erneuerbare Energie zur Verfügung stehen wird, um CO2-abgeleitete Substrate in großem Maßstab herzustellen. Methanol kann durch elektrochemische Reduktion von CO2 oder durch Synthese aus Wasserstoffgas und CO2 gewonnen werden. Methanol ist gut löslich, pH-neutral und industriell relevante Produktionsstämme haben eine hohe Toleranz gegenüber diesem Alkohol. Das Design der mikrobiellen Produktionsstämme für die CO2-freie Produktion von Feinchemikalien im Rahmen dieses Projekts basiert auf theoretischen Berechnungen, insbesondere es metabolischen Netzwerk Berechnungen sowie thermodynamischer Überlegungen. Basierend auf den Berechnungen sind zwei Methanol-Assimilationswege besonders vorteilhaft für die Integration von Methanol in das metabolische Netzwerk: der Ribulose-Monophosphat- und der Glycolaldehyd-Allose-6-Phosphat-Weg. In Kombination mit einer der beiden Strategien zur Assimilierung von Methanol ist die so genannte nicht-oxidative Glykolyse für die Vermeidung der CO2-Produktion unerlässlich. Alle Wege werden in den industriellen Produktionsstamm Corynebacterium glutamicum mittels CRISPER-Cas12a-basiertem Gene Editing eingeführt. Weitere Verbesserungen der gesamten Stoffwechselaktivitäten werden durch fortschrittliche Methoden der Laborevolution erreicht. Wertvolle Zielprodukte, die mit diesem Stamm synthetisiert werden sollen, sind: (1) Triessigsäurelacton als potenzielle Plattformchemikalie und (2) Polyhydroxybutyrat als relevanter Biokunststoffersatz. Neben dem komplexen Stamm-Engineering wird auch die Bioprozesskontrolle und -gestaltung von entscheidender Bedeutung sein. Der Organismus muss die beiden Substrate (Methanol und Xylose oder Glukose) und O2 in ganz bestimmten Verhältnissen verbrauchen, um die angestrebte Null-CO2-Bildung zu erreichen.