Description du projet
Les médiateurs de l’oxydoréduction dans les bioproductions
Il n’est actuellement possible d’obtenir un vaste portefeuille de bioproduits dans de nombreux bioprocessus que lorsque les micro-organismes ont accès à l’oxygène en tant qu’accepteur d’électrons. Toutefois, pour de nombreuses substances cibles, l’oxygène est nocif pour l’exécution du bioprocessus et la stabilité du produit. L’objectif central du projet e‑MICROBe, financé par l’UE, consiste à coupler le métabolisme microbien et l’électrochimie par le biais d’un médiateur d’électrons soluble et auto‑sécrété pour obtenir un métabolisme énergétique efficace et indépendant en oxygène et contrôler directement le métabolisme et la formation du produit. Le projet évaluera une stratégie tout‑en‑un, dans laquelle une cellule génère les médiateurs et le produit ciblé, et l’approche alternative d’un système de co‑culture, dans lequel une cellule produit les médiateurs et une cellule partenaire les utilise pour l’électro‑respiration et la formation du produit.
Objectif
In many bioprocesses a broad bioproduct portfolio can currently only be obtained when microorganisms can access oxygen as an electron acceptor. For numerous target substances, however, oxygen is detrimental to product stability and the bioprocess operation. The central aim of e-MICROBe is to innately couple microbial metabolism and electrochemistry via a self-secreted soluble electron mediator to achieve efficient oxygen independent energy metabolism and to directly steer and control metabolism and product formation. This will require creating entirely new physiological traits for production and utilization of redox mediators to generate cellular energy. Thereby, mediators can either act as electron discharge shuttle to enable electro-respiration at an anode or they are employed as inorganic energy donor to deliver electrons from a cathode into the metabolism. We will clarify the underlying reaction pathways in known environmental microorganisms and re-engineer the energy metabolism of common biotech hosts. Thereby, we will switch cellular energy generation from aerobic respiration to anaerobic anodic electro-respiration or from hydrogen consumption as autotrophic electron donor to cathodic electron consumption. The latter process will provide a mechanism to store electrical energy in microbial products. For a new level of in situ insight into microbial energy metabolism, a novel micro-scale bioelectrochemical reactor coupled to microscopic observation and high performance analysis will be developed. With this technique two fundamental concepts for future mediator-based bioprocesses will be evaluated: An all-in-one strategy where one cell is generating the mediators and the targeted product as well as a co-culture system, whereby one cell produces the mediators and a partner cell utilizes them for electro-respiration and product formation. This concept will lay the foundation for a plug-and-play exchange of biotech strains in a mediator-producing co-culture system.
Champ scientifique
Programme(s)
Régime de financement
ERC-COG - Consolidator GrantInstitution d’accueil
07745 Jena
Allemagne