Opis projektu
Mediatory reakcji redoks w bioprodukcji
Uzyskanie szerokiego wachlarza produktów biologicznych w wielu procesach biologicznych możliwe jest obecnie tylko w przypadku, gdy mikroorganizmy mają dostęp do tlenu jako akceptora elektronów. Jednak w przypadku wielu substancji docelowych tlen ma szkodliwy wpływ na przebieg procesu biologicznego i stabilność produktu. Głównym celem finansowanego ze środków UE projektu e-MICROBe jest połączenie metabolizmu mikroorganizmów i elektrochemii za pomocą samowydzielającego się, rozpuszczalnego mediatora elektronów w celu uzyskania efektywnego, niezależnego od tlenu metabolizmu energetycznego i umożliwienia bezpośredniej kontroli metabolizmu i powstawania produktu. Podczas projektu ocenie poddana zostanie kompleksowa strategia, w ramach której z jednej komórki powstają mediatory i produkt docelowy, oraz alternatywne podejście obejmujące system wspólnej hodowli, w ramach którego z jednej komórki powstają mediatory, a druga komórka wykorzystuje je do oddychania elektronowego i wytworzenia produktu.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
07745 Jena
Niemcy