Neues Produktionssystem für pflanzliche Sekundärmetabolite auf Basis zellfreier Biokatalyse in einem kaskadierten, kompartimentierten Hairy-Root-Reaktor
Ziel des Vorhabens ist die Etablierung eines innovativen Gesamtkonzeptes zur extrazellulären Biokatalyse pflanzlicher Sekundärmetabolite in einem kompartimentierten Bioreaktorsystem mit Hilfe s.g. Hairy-Root-Organkomplexe. Ausgehend vom komplexen Stoffwechselweg für die Bildung von α-Tocopherol wird zunächst anhand von 2-3 Synthesestufen eine völlig neue Technologie für die effiziente Produktion sekundärer Pflanzenstoffe entwickelt, welche die Vorteile der in vitro-Kultivierung von Hairy Roots und der zellfreien Biosynthese in einem kaskadierten, kompartimentierten Bioreaktor vereint. Das zu entwickelnde System setzt sich deutlich von der bisherigen Verwendung von Hairy Roots ab und geht weit über aktuelle Techniken hinaus. Untersuchungen zum Verständnis von Wachstum und Produktbildung in pflanzlichen Zellkulturen sowie der Erkenntnisgewinn seitens der Sekretion von Proteinen in den extrazellulären Raum und der anschließenden biokatalytischen Wirksamkeit bilden eine Technologieplattform für die Übertragbarkeit des entwickelten Systems auf andere Synthesewege zur effizienten Produktion wertvoller Pflanzeninhaltsstoffe.
Prinzipskizze des kaskadierten, kompartimentierten Bioreaktorsystems am Beispiel von drei Synthesestufen: Die selektiven Filtersiebe dienen dem Rückhalt der Hairy-Root-Organkomplexe sowie unerwünschter Nebenprodukte. Die selektiven Membranen grenzen die einzelnen Kompartimente als Reaktionsraum für die extrazelluläre Biokatalyse ab, aber erlauben selektiven Transport des Reaktionsproduktes als Substrat in die nächste Synthesestufe.
Das Projekt fokussiert sich damit erstmals auf umfassende und grundlegende Erkenntnisse zur Eignung eines kompartimentierten Bioreaktors zur Herstellung sekundärer Pflanzenstoffe unter Verwendung differenzierter in vitro-Kulturen und birgt somit ein hohes Innovationspotential insbesondere für die Branchen der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie, in denen zahlreiche KMUs ansässig sind. Seitens der zwei beteiligten Forschungsstellen der TU Dresden Professur für Pflanzenphysiologie und Professur für Bioverfahrenstechnik bestehen bereits sehr intensive Kontakte zu klein- und mittelständischen Unternehmen der genannten Branchen.
Projektfinanzierung:
AIF – Forschungsnetzwerk Mittelstand
Projektleiter:
© Christian Hüller
Seniorprofessor für Bioverfahrenstechnik
NameProf. Dr. rer. nat. habil. Thomas Bley
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
Projektmitarbeiter:
© Mann
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
NameDr.-Ing. Katja Winkler
Pflanzenbiotechnologie, Entwicklung modularisierter Bioreaktoren
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
Projektlaufzeit:
01.04.2014 - 28.02.2017