Zusammenfassung
Mittelkettige Fettsäuren (MCFAs, C6 – C12) gewinnen für verschiedene industrielle Anwendungen, von Köperpflegeprodukten bis hin zu Schmiermitteln und Spezialpolymeren, zunehmend an Bedeutung. Aus bioökonomischer Sicht wäre eine nachhaltige mikrobielle Produktion höchst vorteilhaft. Die derzeitigen Produktionsorganismen haben jedoch gewisse Nachteile, wie Limitierungen bei der Nutzung nachhaltiger Substrate wie Abfallströme, sowie Probleme durch Produkttoxizität. Um diese Herausforderungen anzugehen, erforscht FamoUs die Herstellung von MCFAs in einem nachhaltigen und skalierbaren Ansatz in MCFA-toleranten Ustilago maydis Stämmen aus zuckerreichen industriellen Abfallströmen. Gezielte Stammentwicklung (CG Feldbrügge) wird dabei eng mit moderner Bioprozess-Entwicklung (GC Magnus) verknüpft. Zur Umstellung der nativen Synthese von langkettigen Fettsäuren (LCFAs) auf die synthetische Biosynthese von MCFAs, werden wir uns den einzigartigen Fettsäuresynthase-Komplex (FAS Komplex) von U. maydis zu Nutze machen, der aus zwei single-chain-Fettsäuresynthasen besteht (Fas1 und Fas2). Durch Modifikation der Kettenlängenkontrolle von Fas2, das während der Lipidproduktion hochreguliert wird, können wir zelluläres Wachstum und MCFA-Produktion entkoppeln und gleichzeitig durch Fas1 eine lebenswichtige basale LCFA-Produktion aufrechterhalten. Die Kombination verschiedener Modifikationen wird in einer Reihe von Mutanten resultieren, die es ermöglichen sowohl die MCFA-Produktionskapazitäten als auch die Kettenlänge anzupassen. Prozessseitig (CG Magnus) soll die MCFA-Toleranz von U. maydis durch einen µTOMbasierten Hochdurchsatz-ALE-Workflow verbessert werden. Kandidatenstämme werden sequenziert und gemeinsam interpretiert, um die zufällige Evolution mit rationaler Editierung zu verknüpfen. Zur Steigerung der Nachhaltigkeit des Prozesses wird ein Reststrom (Zentis) analysiert, welcher große Mengen an Zucker und organischer Säure enthält, um den Einfluss organischer Säuren auf das Fettsäureprofil zu bewerten. Die besten Stamm-Medium-Kombinationen werden in den Bioreaktor skaliert. Das Resultat wird eine integrierte Stamm-Prozess-Toolbox sein, die (i) MCFAs aus einem realen industriellen Abfallstrom produziert, (ii) die Kettenlänge durch genetische Anpassungsoptionen und Kultivierungsbedingungen gezielt steuerbar macht und (iii) die Performance im Bioreaktor validiert. FamoUs veranschaulicht den interdisziplinären, integrierten Bioraffinerie-Fokus des BioSC und positioniert U. maydis als vielseitiges Chassis für die zirkuläre, wertschöpfende Lipidproduktion.
Dr.-Ing. Valentin Steier
AVT - Bioverfahrenstechnik
RWTH Aachen
email: valentin.steier[at]avt.rwth-aachen.de
Dr.-Ing. Valentin Steier, Prof. Dr.-Ing. Jørgen Magnus, AVT - Bioverfahrenstechnik (AVT.BioVT), RWTH Aachen
Dr. Kerstin Schipper, Prof. Dr. Michael Feldbrügge, Institut für Mikrobiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
01.11.2025 - 31.12.2026
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