BRAIN AG und Uni Mainz entwickeln Enzyme aus unkultivierten Endosymbionten
Um neuartige Cellulasen und Hemicellulasen zu charakterisieren und für die industrielle Anwendung etwa in der Papier- oder Textilverarbeitung zugänglich zu machen, kooperieren die BRAIN AG aus Zwingenberg und Dr. Jürgen Fröhlich am Institut für Mikrobiologie und Weinbau der Uni Mainz (Leitung Prof. Dr. Helmut König). Quelle für die Enzyme sind Mikroorganismen aus dem Darm holzfressender Termi-ten, die Fröhlichs Arbeitsgruppe seit Jahren eingehend unter-sucht.
Als Spezialist für die Gewinnung neuartiger Enzyme aus schwer und nicht kultivierbaren Mikroorganismen erschließt die BRAIN AG im Rahmen der Zusammenarbeit die Endosymbionten-Proteine molekularbiologisch, um sie in heterologen Expressionssystemen herzustellen.
Bakterien, Hefen und Flagellaten, die in der sogenannten Gärkammer der Termiten leben, zerlegen die schwer verdaulichen polymeren Holzbestandteile in ihre Bausteine. "Hierfür sind sie mit einem Arsenal hochspezifischer Enzyme ausgerüstet, die bisher aber nicht industriell genutzt werden können", betont Dr. Fröhlich. Denn die Darmflora der Termiten sei eine spezialisierte Lebensgemeinschaft mit besonderen Ansprüchen und wechselseitigen Abhängigkeiten.
Ein großer Teil dieser endosymbiontischen Mikroorganismen ist deshalb derzeit nicht kultivierbar, da sie an die spezifischen Bedingungen in ihrem Wirt angepasst sind. "Um neuartige Enzyme aus nicht-kultivierbaren Mikroorganismen zu gewinnen, isolieren wir deshalb das 'Metagenom', das heißt die Gesamtheit des genetischen Materials aller endosymbiontischen Organismen, ohne sie vorher in Kultur zu nehmen", erklärt Dr. Jürgen Eck, Forschungsvorstand der BRAIN AG. In leicht handhabbare Wirtsbakterien übertragen, steuern die Konstrukte dieser Genbanken die Expression rekombinanter Endosymbionten- Proteine. BRAINs EvoSolution® Technologieplattform ermöglicht es so, mit molekularbiologischen Methoden diesen ungewöhnlichen Lebensraum zur Darstellung neuartiger Biokatalysatoren zu nutzen.
Parallel zum Metagenom-Ansatz isoliert Dr. Fröhlichs Arbeitsgruppe in Mainz die Subpopulation der Mikroorganismen, die unter Laborbedingungen hochkristalline Zellulose als Substrat verwerten können. Aus diesen Kulturen erstellt BRAIN ebenfalls Genbanken, um deren neuartige Cellulasen und Hemicellulasen rekombinant darzustellen und für die industrielle Anwendung verfügbar zu machen.
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