Dr. Stephan Noack | Forschungszentrum Jülich | IBG-1 – Bioprozesse und Bioanalytik

Die auf systembiologische Methoden gestützte Entwicklung und Optimierung von mikrobiellen Produktionsprozessen ist das übergeordnete Ziel der Forschungsaktivitäten von Stephan Noack. Mithilfe eines besseren Verständnisses der makro- und mikroskopischen Stoffwechselleistungen ausgewählter Modellorganismen unter prozessrelevanten Bedingungen werden dabei neuartige Produktionsverfahren für Grund- und Feinchemikalien, Pharmazeutika und Naturstoffe entwickelt.

Stephan Noack studierte Bioverfahrenstechnik an der TU Dresden. 2009 promovierte er unter Betreuung von Prof. Wolfgang Wiechert an der Universität Siegen und entwickelte dabei neue Ansätze zur modellgestützten Auswertung und biologischen Interpretation quantitativer Multi-Omics-Daten. In der anschließenden zweijährigen Postdoc-Zeit in der Arbeitsgruppe Fermentationstechnik von Prof. Marco Oldiges am vormaligen Institut für Biotechnologie 2 des Forschungszentrums Jülich intensivierte er seine Arbeiten zur vertikalen, mechanistischen Modellierung biochemischer Netzwerke. Dabei reifte gleichzeitig die Erkenntnis, dass die damals verfügbaren analytischen Methoden zur intrazellulären Messung von Metaboliten, Proteinen und Stoffflüssen nicht präzise genug waren, um verlässliche Modellvorhersagen zur Stamm- und Prozessoptimierung ableiten zu können.

Damit war der Startpunkt seiner Nachwuchsgruppe „Quantitative Microbial Phenotyping“ gelegt, die er seit 2011 am Institut für Bio- und Geowissenschaften (IGB-1) führt. Im Kern geht es um die gezielte Verbesserung und Weiterentwicklung von Methoden zur Charakterisierung von Mikroorganismen unter industriell relevanten Prozessbedingungen. Für die Untersuchung auf mikroskopischer Ebene kommen dabei verschiedene Massenspektrometrie-basierte Verfahren zum Einsatz, welche den Zugang zu absoluten Stoffmengenkonzentrationen von Proteinen und Metaboliten in Zellen erlauben. Um einen schnelleren Zugang zu makroskopischen Prozessparametern wie Wachstumsraten, Ausbeuten und Produktivitäten zu erlangen, werden miniaturisierte und automatisierte Technologien wie z. B. die Mini Pilot Plant entwickelt. Diese wurden bereits erfolgreich in verschiedenen (inter)nationalen Verbundprojekten, u.a. zur zielgerichteten Genomreduktion und Erweiterung des Substratspektrums des Modellorganismus Corynebacterium glutamicum, eingesetzt. Gegenwärtig koordiniert Stephan Noack das ERASysAPP-Project XyloCut, ist Co-Koordinator des Helmholtz Innovation Lab MiBioLab und Co-Manager des Jülich Microbial Phenotyping Center (JMPC).

Seinen ersten Kontakt mit dem BioSC hatte er als Projektleiter im BOOST FUND-Projekt BEProMod, wo er aktiv an der Entwicklung eines Multi-Skalen-Modells zur Simulation und Optimierung von Bioraffinerie-Prozessen beteiligt war.

Mit Beginn 2018 wird Stephan Noack das FocusLab HyImPAct leiten. Im Fokus steht hier die Entwicklung sogenannter „hybrider“ Produktionsprozesse, die eine effiziente Verzahnung mikrobieller Biotransformationen, enzymatischer Reaktionskaskaden, chemischer Synthesen und Produktaufarbeitung mit techno-ökonomischen Analysen gewährleisten. Insbesondere soll die kombinierte Produktion hochwertiger pharmazeutischer Substanzen(chirale 1,2-Diole und Aminoalkohole) sowie deren Vorstufen aus nachwachsenden Rohstoffen realisiert werden. C. glutamicum wird hierbei als Plattformorganismus dienen und hinsichtlich einer kohlenstoffeffizienten Umsetzung von D-Xylose als primärer Kohlenstoffquelle in die gewählten Zielprodukte optimiert werden.

Die Arbeitsgruppe von Stephan Noack umfasst derzeit sechs Mitarbeiter.