Industrielle Produktivitätsengpässe
Die Biotech-Industrie produziert Enzyme für eine Vielzahl von Anwendungen – für Nahrungsmittel bis hin zu Medikamenten. Bei der Fermentation im industriellen Maßstab bestehen allerdings noch Einschränkungen hinsichtlich der kommerziellen Nutzung von Biotechnologien, sodass die Produktionsleistung verbessert werden muss. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts ATRIEM (Advanced training in industrial enzyme manufacturing) waren daher zwei dieser industriellen Fermentationsengpässe - die zelluläre Heterogenität und die Sekretion heterologer Enzyme. Gleichzeitig wurden Module für die hochqualifizierte Ausbildung von Nachwuchsforschern in molekular- und mikrobiologischen Zelltechniken konzipiert und Praxis im industriellen Umfeld vermittelt. Um zu untersuchen, wie Einzelzellen auf hohe Enzymwerte reagieren, wurden Fluoreszenz-Promotorreportersysteme für unterschiedliche physiologische und Differenzierungssignalwege entwickelt. Bei der Fermentation mit zwei industriellen Modellenzymen konnte mit diesen Systemen die Genexpression überwacht werden. Dabei kam es bei der heterologen Enzymexpression zu einem Produktionsengpass sowohl auf Populations- als auch Einzelzellebene, was Sekretionsstress verdeutlicht. Der Effekt von Sekretionsstress auf die Produktivität wurde im Detail quantifiziert, wobei sich zeigte, dass dieser von heterologen statt von nativen Enzymen ausging. Dies betont auch die Rolle der Co-Evolution bei einem nativen Enzym und seinem natürlichen Wirt und eröffnet neue Strategien zur Verbesserung der Produktivität. Außerdem entdeckte man eine direkte Korrelation zwischen chromosomaler Lage der enzymexprimierenden Kassette und der Produktionseffizienz. Insgesamt lieferten die Forschungen von ATRIEM industriell relevante Daten zu Produktionsengpässen, sodass nun neue Strategien zur Verbesserung der Produktivität in der Biotech-Branche möglich sind.
Schlüsselbegriffe
Biotech-Industrie, ATRIEM, zelluläre Heterogenität, heterologe Enzyme, chromosomale Lage
