Laborbeschreibung

Hyphenpilze spielen in biotechnologischen Prozessen eine zentrale Rolle bei der Produktion von Sekundärmetaboliten. In der pharmazeutischen Industrie beispielsweise werden Pilze genutzt, um Antibiotika, Immunosuppressiva oder Statine (Senker des Blutcholesteringehaltes) herzustellen. Um pilzliche Hochproduzentenstämme für biotechnologische Prozesse zu generieren, werden umfangreiche Stammoptimierungsprogramme durchgeführt. Allerdings zeigen die so erstellten pilzlichen Hochproduzenten eine hohe genetische Instabilität, was zu einer schnellen Abnahme der Produktivität führt. Um reproduzierbare kommerzielle Anwendungen bei komplexen Produktionsprozessen zu garantieren, sind Stämme mit einem definierten genetischen Hintergrund notwendig. Auch bei Pilzen finden genetische Rekombinationen in der Regel im Verlauf von Sexualprozessen statt. Allerdings sind die meisten industriellen Pilzstämme asexuell und können auf Grund dessen nicht genetisch durch Kreuzung verändert werden. Es werden deshalb vermehrt in vitro Rekombinationstechniken angewandt, um Pilze genetisch zu manipulieren. Zusammen mit den zunehmend steigenden Datensätzen aus Genomsequenzierungen können diese Techniken für funktionell-genomische Versuchsansätze zur Stammoptimierung genutzt werden.
Im CD-Labor für Biotechnologie der Pilze werden verschiedenste Aspekte der Genmodifikation von industriell genutzten Hyphenpilzen in enger Kooperation mit der Sandoz GmbH (Kundl, Österreich) untersucht. In unterschiedlichen Modulen stehen dabei folgende Ziele im Vordergrund:


Modul 1: Tool-Box für biotechnologisch relevante Pilze

Die genetische Veränderung industriell relevanter Pilze, um die Expression homologer und heterologer Gene zu optimieren. Dieses schließt Experimente zur Entwicklung von genetischen Werkzeugen für die Manipulation von Hyphenpilzen ein. Außerdem werden wieder verwendbare Markergene entwickelt, um optimierte Produktionsstämme frei von Fremd-DNA herstellen zu können.

Modul 2: Neue regulatorische Faktoren des Sekundärmetabolismus und der Zellmorphologie

Die Identifizierung neuer regulatorischer Faktoren, die den Sekundärmetabolismus und die Morphologie beeinflussen. Dieses Ziel soll mit biochemischen, biophysikalischen und molekulargenetischen Methoden erreicht werden.

Modul 3: "Functional genomics"

Funktionell-genomische Versuchsansätze, um aufbauend auf bioinformatorischen Analysen regulatorische Netzwerke der Genexpression zu identifizieren. Durch Microarray-Analysen werden differentiell exprimierte Gene in genetisch verschiedenen Stämmen oder in physiologisch unterschiedlichen Kulturen identifiziert. Nachfolgende Interaktionsstudien erlauben die Identifizierung neuer Gene, durch welche eine Verknüpfung von Sekundärmetabolismus und morphogenetischen Prozessen gewährleistet wird.

Modul 4: "Sauerstoffregulation und Stress"

Im Mittelpunkt steht die Analyse der Interaktion von Sauerstoffregulation, Stress, Differenzierung und Sekundärmetabolismus. Dieses Ziel wird mittels gezielter genetischer Manipulationen von biotechnologisch relevanten Pilzen mit anschließender Phänotypisierung auf molekularbiologischer, biochemischer und morphologischer Ebene verfolgt. Hierbei handelt es sich um ein externes Modul unter Leitung von Prof. Dr. Hubertus Haas an der Sektion für Molekularbiologie des Biozentrums der Medizinischen Universität Innsbruck, Österreich( http://mol-biol.i-med.ac.at/wg/molec_microbiol.html ).

In der Summe werden in allen Modulen neue und aktuelle Verfahren der angewandten Molekularbiologie eingesetzt. Hierzu zählen Ansätze der „Computational Biology“, um zum Beispiel parallele Datensätze aus „high throughput“ Sequenzierungen für die Erstellung von „transcriptional Landscape“ zu erstellen. Durch diese Analyse werden Genexpressionsprofile erkannt, die Voraussetzung zum molekularen Verständnis von Sekundärmetabolismus und Morphologie pilzlicher Produktionsstämme sind. Hierauf aufbauend werden Proteomansätze unter Einbeziehung aktueller massenspektrometrischer Verfahren eingesetzt. Dadurch werden detaillierte Hinweise für das Zusammenwirken von Einzelkomponenten geliefert, die Teil von biotechnologisch relevanten Signalkaskaden und Stoffwechselwegen sind.

Aspergillus
terreus

Topicbild

Lovastatin


Acremonium
chrysogenum

Topicbild

Cephalosporin C






Penicillium
citrinum

Topicbild

Mevastatin


Penicillium
chrysogenum

Topicbild

Penicillin




Christian Doppler Forschungsgesellschaft
  • Modul 1:
    Tool-Box für biotechnologisch relevante Pilze
  • Modul 2:
    Neue regulatorische Faktoren des Sekundärmetabolismus und der Zellmorphologie
  • Modul 3:
    "Functional genomics"
  • Modul 4:
    "Sauerstoffregulation und Stress"