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C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 4: Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat

Das Projekt "C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 4: Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-1: Biotechnologie durchgeführt. Corynebacterium glutamicum wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die biotechnologische Produktion von mehr als drei Millionen Tonnen Aminosäuren pro Jahr eingesetzt. Aufgrund der nachgewiesenen Eignung für die großtechnische Produktion hat sich C. glutamicum zu einem intensiv beforschten Modellorganismus in der Weißen Biotechnologie entwickelt. Das Ziel des ERA-IB-Verbundprojektes BioProChemBB bestand darin, C. glutamicum zu einem Plattform-Organismus weiterzuentwickeln, der nicht nur für die Produktion von Aminosäuren, sondern auch anderer industriell relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden kann. Im Fokus von BioProChemBB standen dabei verschiedene Dicarbonsäuren, die im Rahmen einer Studie des U.S. Department of Energy als vielversprechende chemische Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen identifiziert worden waren. Das Ziel des vorliegenden Teilprojekts 4 war die Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat. Succinat ist eine Plattform- Chemikalie, aus der eine Reihe bisher petrochemisch hergestellter 'Bulk'-Chemikalien synthetisiert werden können, wie z.B. 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran oder g-Butyrolacton. Itaconat ist eine ungesättigte C5-Dicarbonsäure, die unter anderem für die Herstellung von Polymeren von Interesse ist und z.B. petrochemisch erzeugtes Acrylat oder Methylacrylat ersetzen könnte. Für die Succinat-Produktion sollten sowohl die aerobe als auch die anaerobe Herstellung aus Glucose sowie aus Glycerin, einem Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung, etabliert werden. Die entsprechenden Stämme sollten rational über 'metabolic engineering' konstruiert werden, basierend auf dem umfangreichen Wissen zum Stoffwechsel und seiner Regulation in C. glutamicum. Für die Itaconat-Produktion sollte erstmals ein bakterieller Produktionsstamm entwickelt werden, der Vorteile gegenüber dem natürlichen Produzent Aspergillus terreus bieten könnte.

Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N14: Umsatz von Metaboliten der Rhizosphaere in sauren Waldboeden

Das Projekt "Vorhersage und Erklaerung des Verhaltens und der Belastbarkeit von Oekosystemen unter veraenderten Umweltbedingungen - Teilprojekt N14: Umsatz von Metaboliten der Rhizosphaere in sauren Waldboeden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie (ÖMIK) durchgeführt. Oxalat, Succinat, Acetat und Formiat wurden in der Rhizosphare von sauren Waldboeden identifiziert. Die biologische Umsetzung dieser Metabolite in Waldoekosystemen ist jedoch nicht vollstaendig geklaert. Als Modell fuer organische Saeuren wurde Oxalat ausgewaehlt, und der mikrobielle Abbau von Oxalat wurde in sauren Waldboeden (im Bereich der Rhizosphaere und der Nicht-Rhizosphaere) und in pH-neutralen Boeden (Nicht-Rhizosphaere) in Bodenmikrokosmen (15-20 Grad Celsius) untersucht. Verglichen mit dem Boden aus dem Nicht-Rhizosphaerenbereich waren die mikrobiellen Populationen aus dem Bereich der Rhizosphaere in sauren Waldboeden geeigneter, Oxalat unter aeroben Bedingungen sofort umzusetzen. Der anaerobe Verbrauch von Oxalat war in sauren Waldboeden vernachlaessigbar. Ein anaerober Verbrauch von Oxalat konnte dagegen in pH-neutralen Boeden festgestellt werden. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass aerobe mikrobielle Gemeinschaften am Oxalat-Umsatz im Bereich der Rhizosphaere und Nicht-Rhizosphaere in sauren Waldboeden beteiligt sind, waehrend anaerobe Aktivitaeten nicht sehr bedeutsam fuer die Umsetzung organischer Saeuren in Waldboeden sind. Da es nur wenige Informationen ueber die gesamte Mikroflora von sauren Waldboeden gibt, wurden Anreicherungen aus diesen Mikrokosmen angesetzt, um die Mikroflora dieser sauren Boeden auf einer mehr zellulaeren Ebene zu untersuchen. Es wurden zahlreiche Isolate gewonnen. Die vorherrschenden Mikroben aus sauren Waldboeden mit der Faehigkeit zum Wachstum unter anaeroben Bedingungen waren saeuretolerante, fakultative Bakterien der Gattung Enterobacter und Serratia. Weiter wurden mehrere sporenbildende Isolate gewonnen, die anscheinend eine neue Spezies von Clostridium sind, da sie einzigartige metabolische Faehigkeiten, einschliesslich der N2-Fixierung, bei niedrigen pH-Werten besitzen. Ferner wurden mehrere anaerobe, saeuretolerante Isolate vorbehaltlich als Unterspezies von Actinomyces israelii identifiziert. Diese Isolate werden weiter phylogenetisch untersucht. Eine neue obligat anaerobe Spezies von Sporomusa wurde ebenfalls aus Waldboden isoliert. Dies ist die erste Isolierung dieser Gattung aus Boeden (Sporomusa silvacetica). Aus der physiologischen Charakterisierung dieser Isolate laesst sich ableiten, dass Bakterien aus sauren Waldboeden eine hoehere Toleranz gegenueber sauren Bedingungen besitzen als Bakterien aus weniger sauren Waldboeden.

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