Dr. Andreas Knapp | HHU Düsseldorf | IMET - Molekulare Enzymtechnologie

Biotechnologische Toolbox für die Enzymproduktion

Bakteriell produzierte und sekretierte Enzyme sind aufgrund der einfachen Aufarbeitung für die industrielle Anwendung interessant und rentabel. Daher beschäftigt sich die Nachwuchsgruppe von Dr. Andreas Knapp mit den Grundlagen der Sekretionsprozesse, um hier gewonnene Erkenntnisse auf die biotechnologische Anwendung übertragen zu können. Die so erzielten Optimierungen dienen der Steigerung der Produktausbeute und damit einem ökonomischeren Einsatz von Mikroorganismen in der Biotechnologie.

In seiner Doktorarbeit, in der es um die Lipaseproduktion in Burkholderia glumae ging, beschäftigte sich Andreas Knapp bereits mit der bakteriellen Proteinsekretion in Gram-negativen Organismen. Nach seiner Promotion im April 2014 erweiterte er das Spektrum der untersuchten Modellorganismen und untersucht seitdem im Rahmen des BOOST Fund Projekts „BioBreak“ auch im Gram-positivem Bakterium Bacillus subtilis, wie die Sekretion von Proteinen optimiert werden kann. Ziel ist es, eine Plattform zur kostengünstigen bakteriellen Produktion von Biomasse-abbauenden Enzymen zu etablieren, um langfristig die biotechnologische Nutzung pflanzlicher Biomasse ökonomischer zu gestalten. Besonders spannend findet er an diesem Projekt, dass aufgrund der engen Zusammenarbeit mit den Verfahrenstechnikern der AG Büchs und AG Spieß die ganze Prozesskette in das Forschungsvorhaben miteinbezogen wird. Dieser interdisziplinäre Ansatz ermöglicht eine unmittelbare Beobachtung der Auswirkungen solcher Optimierungen etwa auf das bakterielle Wachstum oder die enzymatische Aktivität bei unterschiedlichen Biomasse-Zusammensetzungen. Diese Optimierungen werden parallel von der AG Schmitt ebenfalls im Modellorganismus Escherichia coli durchgeführt.
2015 hat Andreas Knapp die Koordination des Projekts „BioBreak“ übernommen und baut seit dem seine Nachwuchsgruppe um das Thema heterologe Sekretion von Enzymen in Bakterien auf. Neben dem Gram-positiven Organismus B. subtilis wird seine Gruppe langfristig auch weiterhin Gram-negative Organismen wie B. glumae für die heterologe Proteinsekretion über verschiedene Transportwege untersuchen. Während sekretierte Proteine in Gram-positiven Bakterien nur eine Biomembran passieren müssen, erfolgt der Transport in Gram-negativen über zwei solcher Membranen, was komplexere Sekretionsapparate nötig macht. Dies ermöglicht jedoch auch komplexere Modifikationen des Zielproteins, etwa im Periplasma der Gram-negativen Bakterien, die für die Produktion aktiver Enzyme notwendig sein können. Durch die Wahl der Modellorganismen und Ausnutzung verschiedener Sekretionswege soll die Produktion vieler unterschiedlicher Proteine gewährleistet werden.
Zusammen mit einem Postdoc, zwei Doktorandinnen sowie Master- und Bachelorstudenten möchte die AG Knapp das Potential von – unter anderem – B. subtilis als microbial cell factory erweitern und konzentriert sich daher auch auf die Grundlagenforschung. Aufbauend auf den neugewonnenen Erkenntnissen soll eine „biotechnologische Toolbox“ etabliert werden, damit die Produktion zukünftig maßgeschneidert auf das jeweilige Zielenzym erfolgen kann.