Zellfabriken "á la carte"
Bacillus subtilis (B. subtilis), eine natürliche Bodenmikrobe, die auch in Heu und menschlichem Darm vorkommt, ist für solche gentechnischen Veränderungen geradezu prädestiniert und daher ein idealer Modellorganismus für die Forschung und die industrielle Produktion von Nährstoffen wie Vitamin B. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt (Bacterial synthetic minimal genomes for biotechnology) (BASYNTHEC) minimierte das genetische Material von B. subtilis, stellte daraus eine optimale Zellfabrik her und konnte so die Ausbeute bei der Vitamin-B5-Produktion um 40% erhöhen. Außerdem wurde deutlicher, wie sich die Entfernung von Genen auf die Zellregulierung und die Überlebensfähigkeit auswirkt. Das massive Ausschneiden von Genmaterial kann die zelluläre Produktion in inakzeptablem Maße reduzieren. Die Forscher von BASYNTHEC lösten dieses Problem nun, indem sie die für die optimale Produktion wichtigen Gene mit computergestützten Methoden ermittelten. Als nächstes wurden in das veränderte Bakterium Gruppen von Genen (Plug-ins) mit der gewünschte Funktion eingesetzt. Insgesamt wurden 290 neue Stämme generiert, die Vitamin B5 und 405 Stämme, die Alpha-Amylase herstellen, indem Genmaterial ausgeschnitten und andere Gene eingesetzt wurden. Zugleich wurde das hochdurchsatzfähige Screening vorbereitet. Alpha-Amylase ist ein Enzym mit breiter industrieller Verwendung, u.a. zur Herstellung von Sirup aus Nutzpflanzen wie Weizen, Reis und Kartoffeln.Für die Vielzahl neuer möglicher Stämme ist ein schneller Screening-Prozess wichtig, mit dem die optimalen Mikroben bestimmt werden können. Ein Partner von BASYNTHEC reichte zwei Patentanmeldungen für die Hochdurchsatztechnologie für B. subtilis-Stämme mit erhöhter Vitamin-B5-Produktion ein. Das Team von BASYNTHEC erforschte auch Resistenzmechanismen auf das Breitbrandantibiotikum Sublancin genauer. Die Deletion von Genen bietet die Möglichkeit, exakt deren Funktion zu bestimmen, und die Forscher identifizierten zahlreiche Gene, die an der Resistenz gegenüber dieser Substanz und an deren Transport beteiligt sind, was ein wichtiger Schritt für die Behandlung von Krankheiten und im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen ist. BASYNTHEC legte die Basis für die Erzeugung überlebensfähiger Mikroben, die entsprechend den Produktionsanforderungen gentechnisch verändert werden können. Damit könnte das ultimative Designer-Bakterium bald kein Zukunftsszenarium mehr sein.
Schlüsselbegriffe
Bacillus subtilis, Zellfabrik, Gen, Vitamin B5, Alpha-Amylase, Sublancin, Mikrobe, Produktion
