Übergreifendes Ziel der Arbeiten im Themenfeld „Systemische Mikrobiologie“ des IBG-1: Biotechnologie im Forschungszentrum Jülich ist die Entwicklung von Mikroorganismen als Biokatalysatoren für die Produktion industriell oder pharmazeutisch relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Aminosäuren, organische Säuren, Sekundärmetabolite und Proteine. Dazu wird die Methode des „Metabolic Engineering“ eingesetzt, die detailliertes Wissen zum Stoffwechsel und seiner Regulation in den eingesetzten mikrobiellen Zellfabriken erfordert. Die grundlagen-orientierte Forschung ist daher auf ein systemisches Verständnis ausgewählter Mikroorganismen ausgerichtet, die als Plattformen für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten dienen, wie z. B. Corynebacterium glutamicum, Gluconobacter oxydans oder Escherichia coli. Zu diesem Zweck werden genom-basierte bioanalytische Methoden wie Next-Generation-Sequencing, Proteomics und Metabolomics genutzt, ebenso wie weitere am IBG-1 etablierten Methoden wie die Einzelzellanalyse mittels mikrofluidischer Kultivierungssysteme. Durch Kombination mit mikrobiologischen, biochemischen und molekulargenetischen Methoden werden auf diese Weise umfassende neue Erkenntnisse zu Physiologie, Stoffwechsel und Regulationsprozessen gewonnen. Sie bilden die Grundlage, um nicht nur einzelne Biosynthesewege, sondern die Zelle in ihrer Gesamtheit für die Herstellung der gewünschten Produkte zu optimieren. Um die Stammentwicklung zu beschleunigen, werden neue Hochdurchsatz-Screening-Methoden entwickelt. Sie nutzen genetisch kodierte Einzelzell-Metabolitsensoren basierend auf Transkriptionsregulatoren, fluoreszierende Reporterproteine, die fluoreszenz-aktivierte Zellsortierung (FACS) sowie die vergleichende Genomanalyse. Weiterhin werden heterologe oder artifizielle Stoffwechselwege (synthetische Biologie) in den Plattformorganimsen etabliert, um neue Substrate und Produkte zugänglich zu machen.
Die Arbeiten im Themenfeld Systemische Mikrobiologie des IBG-1 liefern Beiträge zum Forschungsschwerpunkt „Mikrobielle und molekulare Stoffumwandlung“ des BioSC. Wir waren bzw. sind an folgenden BioSC-Projekten beteiligt:
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