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Synthetic platforms for ad libitum remodelling of yeast central metabolism

Projektbeschreibung

Spezialisiertes synthetisches Chromosom mit allen Genen der Hefe, die für Stoffwechselenzyme kodieren

Die Biotechnologie nutzt, wie der Name schon sagt, biologische Systeme, um neue Produkte, Verfahren und sogar Organismen für die Gesellschaft zu schaffen. Die umfangreichen, komplexen und hocheffizienten Stoffwechselwege der Mikroben bieten unzählige Möglichkeiten für eine umweltfreundlichere und nachhaltigere chemische Synthese. Die Nutzung dieser Stoffwechselwege kann eine Herausforderung darstellen, da die Gene, die sie steuern, über das gesamte Genom verstreut sind. Mithilfe der Hefe Saccharomyces cerevisiae wird das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt AdLibYeast eine zentrale Anlaufstelle für Gene, die für Enzyme kodieren, entwickeln. Konkret wird das Team eine Hefeplattform entwerfen und konstruieren, bei der alle Gene, die für Enzyme des zentralen Kohlenstoffstoffwechsels kodieren, auf einem speziellen synthetischen Chromosom liegen, was einen modularen Ansatz für die Entwicklung des zentralen Stoffwechsels unterstützt.

Ziel

Replacement of petrochemistry by bio-based processes is key to sustainable development and requires microbes equipped with novel-to-nature capabilities. The efficiency of such engineered microbes strongly depends on their native metabolic networks. However, aeons of evolution have optimized these networks for fitness in nature rather than for industrial performance. As a result, central metabolic networks are complex and encoded by mosaic microbial genomes in which genes, irrespective of their function, are scattered over the genome and chromosomes. This absence of a modular organization tremendously restricts genetic accessibility and presents a major hurdle for fundamental understanding and rational engineering of central metabolism. To conquer this limitation, I introduce the concept of ‘pathway swapping’, which will enable experimenters to remodel the core machinery of microbes at will.
Using the yeast Saccharomyces cerevisiae, an industrial biotechnology work horse and model eukaryotic cell, I propose to design and construct a microbial chassis in which all genes encoding enzymes in central carbon metabolism are relocated to a specialized synthetic chromosome, from which they can be easily swapped by any – homologous or heterologous – synthetic pathway. This challenging and innovative project paves the way for a modular approach to engineering of central metabolism.
Beyond providing a ground-breaking enabling technology, the ultimate goal of the pathway swapping technology is to address hitherto unanswered fundamental questions. Access to a sheer endless variety of configurations of central metabolism offers unique, new possibilities to study the fundamental design of metabolic pathways, the constraints that have shaped them and unifying principles for their structure and regulation. Moreover, this technology enables fast, combinatorial optimization studies on central metabolism to optimize its performance in biotechnological purposes.

Gastgebende Einrichtung

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Netto-EU-Beitrag
€ 2 149 717,50
Adresse
STEVINWEG 1
2628 CN Delft
Niederlande

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Region
West-Nederland Zuid-Holland Delft en Westland
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
Links
Gesamtkosten
€ 2 149 717,50

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