AMD-715650-3

Mapping metabolic regulators at a genomescale to switch bacteria from growth to overproduction of chemicals (MapMe)

01.01.2017 bis 31.12.2022

Metabolic Engineering schafft verbesserte Mikroben für die industrielle Biotechnologie. Das rationale Design industrieller Mikroben konzentriert sich auf Modifikationen von Genen mit bekannter Rolle in dem interessierenden Produktionsweg. Es ist jedoch auch bekannt, dass Gene, die nicht mit dem Produktionsweg in Zusammenhang stehen, die Produktivität wesentlich beeinflussen. Bis heute gibt es keine Methoden, die die Vorhersage solcher distalen Gene auf einer rationalen Basis erlauben. Die Auswirkungen distaler Gene sind indirekt und werden durch regulatorische Interaktionen zwischen Metaboliten und Proteinen vermittelt, von denen die meisten derzeit selbst bei der gut untersuchten Mikrobe Escherichia coli unbekannt sind. Das mangelnde Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Metaboliten und Proteinen verhindert somit effektiv die systematische Erforschung distaler regulatorischer Beziehungen, mit der Folge, dass die Modelle zur Vorhersage von Metabolic-Engineering-Targets stark eingeschränkt sind und in der industriellen Biotechnologie nur selten angewandt werden. Früher haben wir kleinskalige Stoffwechselmodelle und die Metabolomik verwendet, um Metaboliten-Protein-Interaktionen in spezifischen Pfaden abzuleiten. In diesem Projekt schlagen wir ein neuartiges genomweites Bestreben vor, die Wechselwirkungen zwischen Stoffwechselprodukten und Proteinen über das gesamte metabolische Netzwerk hinweg zu kartieren. Zu diesem Zweck werden wir das kürzlich entwickelte CRISPR-Interferenzsystem verwenden, um >900 einzelne Stoffwechselgene in E. coli quantitativ zu stören. Die Kombination der Metabolomik-Daten dieser >900 Genstörungen mit einem metabolischen Modell auf der Genom-Skala wird uns in die Lage versetzen, funktionell relevante Metabolit-Protein-Interaktionen abzuleiten. Schließlich werden wir dieses Wissen auf das modellgesteuerte Metabolic Engineering von überlegenen E. coli-Stämmen anwenden. Insbesondere wollen wir, dass E. coli das Wachstum nach der Induktion einstellt und alle seine metabolischen Ressourcen auf die Synthese von Bernsteinsäure konzentriert. Diese kontrollierte Abkopplung des Wachstums von der Überproduktion auf rationaler Basis wird neue Wege im Metabolic Engineering beschreiten und neue Anwendungen in der industriellen Biotechnologie eröffnen.