Forschungsgruppe Synthetische Biotechnologie und Systembiologie
Klassisches metabolic engineering besteht im gezielten Ausschalten und Verstärken einzelner Reaktionen in Stoffwechselnetzwerken von Produktionsstämmen zur Optimierung der Biosynthese eines Zielmoleküls. Obwohl mit Hilfe dieser Technologie beachtliche Erfolge erzielt werden können, beschränkt sich die Palette von so darstellbaren Molekülen auf natürliche Stoffwechselprodukte.
© Schmidt
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© Schneider
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Um die Auswahl von mikrobiell nutzbaren Substraten und erzeugbaren Produkten zu erweitern, konzipieren wir synthetische Stoffwechselwege und implementieren diese durch gezieltes Engineering von Enzymen und Produktionsstämmen.
Ein Hauptschwerpunkt unserer Arbeit ist die Etablierung synthetischer Stoffwechselwege zur Nutzung von grünem Ethylenglykol (EG), welches (elektro)chemisch aus CO2 oder durch Hydrogenolyse von Lignocellulosen produziert werden kann. Im Vergleich zu anderen aus CO2 ableitbaren mikrobiellen Substraten wie Methan, Synthesegas oder Methanol hat EG eine Reihe von prozesstechnischen Vorteilen. Diese liegen insbesondere in der Vermeidung des Phasenübergangs des Substrats, dem geringen Sauerstoffbedarf der EG-Assimilierung und einer vorteilhaften Stöchiometrie der synthetischen Stoffwechselwege für die Darstellung von geradzahligen Molekülen. Insgesamt soll diese Technologie die Nutzung von CO2 und Biomasse in der Kreislaufwirtschaft attraktiver machen.
Darüber hinaus entwickeln wir Enzymsysteme zur zellfreien Regeneration von ATP aus kostengünstigen Basischemikalien. Diese Systeme können mit einer Vielzahl von ATP-abhängigen enzymatischen Produktsynthesen gekoppelt werden und sollen z. B. auf dem Gebiet der zellfreien Proteinexpression Anwendung finden.
In unseren Arbeiten wenden wir moderne computergestützte Methoden (Flux Balance Analysis, Modellierung von Enzymstrukturen) und experimentelle Arbeitstechniken (13C-basierte metabolische Stoffflussanalysen, Metabolomanalysen, rationales und evolutives Enzymdesign) an, um die Implementierung der Stoffwechselwege und die Stammentwicklung effizient zu realisieren.
3D-Modell eines Enzyms und metabolisches Netzwerk
Schwerpunkte:
- Synthetische Stoffwechselwege für die Nutzung von Ethylenglykol (abgeleitet aus CO2 oder Lignocellulose) für mikrobielle Produktsynthesen
- Systembiologische Charakterisierung von Produktionsstämmen und Zellsystemen
- Entwicklung ATP-regenerierender Enzymkaskaden für zellfreier Reaktionssysteme
Projekte der Forschungsgruppe Bioprozesstechnik:
Alle Forschungsprojekte der Professur für Bioverfahrentechnik
- ScampiLys - Herstellung von Lysin aus Shrimpabfällen (Kooperation mit Hanoi University of Science and Technology, gefördert durch BMBF)
- SynBioMet – Nutzung synthetischer Biologie zur Herstellung von 2,4-Dihydroxybutyrat (Kooperation mit ESPCI Paris, INSA Toulouse, Adisseo, gefördert durch SAB)
- Enzymkaskaden zur zellfreien ATP-Regeneration für die Synthese von Wertstoffen (gefördert durch ZIM und DFG, Kooperation mit c-LEcta und Universität Hamburg)
- Entwicklung eines synthetischen Stoffwechselwegs zur Kohlenstoff-konservierenden Produktion von Acetyl-CoA aus Ethylenglykol (gefördert durch die DFG)
- Enzymkaskaden zur zellfreien ATP-Regeneration für die Synthese von Wertstoffen (gefördert durch ZIM, Kooperation mit c-LEcta)
- CoBioMetal – Combined biotechnological and electrochemical wastewater valorization for metal recovery. Teilprojekt: Systembiologische Untersuchung von Pilzstämmen während der Metallrückgewinnung aus Prozessabwässern (gefördert durch die SAB, Zusammenarbeit mit der TU Bergakademie Freiberg)
- KoSyn - Kontrollierte Synergie: Peptidgesteuerte Zell-Zell Kommunikation von Hefen und Bakterien in (bio)technologischen Prozessen (gefördert durch die ESF, Kooperation der Professuren für Allgemeine Genetik, Allgemeine Mikrobiologie, Hydrochemie, alle TU Dresden)
Forschungsgruppenleiter:
© Ritz
Prof. Dr.-Ing. Thomas Walther
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Wissenschaftler der Forschungsgruppe:
© Kretzschmar
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameM.Sc. Ruben Crespo Blanco
Synthetische Biotechnologie und Systembiologie
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Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDr. Alexander Boldt
Synthetische Biotechnologie und Systembiologie
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© Mann
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDr. Claudio Frazão
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© TUD
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameFranziska Kraußer Dipl.-Ing.
Synthetische Biotechnologie und Systembiologie
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Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. Tuyet Anh Stefanie Nguyen
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© Mann
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameM.Sc. Kenny Rabe
Synthetische Biologie und Systembiologie
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Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDipl.-Ing. Elly Straube
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© TUD
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDipl.-Ing. Nils Wagner
Synthetische Biotechnologie und Systembiologie
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