Membrane mass spectrometry for process-near metabolic flux analysis with "Corynebacterium glutamicum"

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Die gezielte Optimierung von Organismen hat mit der Entwicklung der Gentechnologie einen rasanten Aufschwung genommen. Von wesentlicher Bedeutung für eine effektive Stammoptimierung für biotechnologische Verfahren ist ein fundiertes Verständnis des zugrundeliegenden Stoffwechsels, insbesondere in der in vivo Aktivität einzelner Stoffwechselwege (metabolische Flussanalyse). Vor diesem Hintergrund wird im geplanten Projekt ein neuartiges miniaturisiertes Reaktorsystem mit sechs parallelen Reaktoren (je 15 ml) und on-line Gasanalyse mit Membran-Massenspektrometrie konstruiert, welches über die Messung der Bildung von CO2-Isotopomeren in Markierungsstudien mit verschiedenen isotopenmarkierten Substraten zur detaillierten metabolischen Flussanalyse eingesetzt werden soll. Markierungsstudien werden dabei über computergestütztes experimentelles Design optimal geplant. Der im Projekt zu charakterisierende Organismus "Corynebacterium glutamicum" ist einer der bedeutendsten in der Biotechnologie. Von zentralem Interesse sind Schlüsselparameter des Stoffwechsels für die Bildung von Lysin bzw. Glutamat wie das Verzweigungsverhältnis zwischen Glycolyse und Pentosephosphat-Weg. Fragestellungen sind u.a. vergleichende Untersuchungen verschiedener Produktionsstämme für Lysin und Glutamat, Einflüsse von C-Quellen auf metabolische Flüsse und Änderungen metabolischer Flüsse in Batch-Kultivierungen während Wachstums- und Produktionsphasen. Das geplante Reaktorsystem soll dabei eine breit einsetzbare prozessnahe Charakterisierung ermöglichen. Die Untersuchungen werden zum besseren Verständnis von Funktion und Regulation des Metabolismus dieser Organismen beitragen und Hinweise auf mögliche Limitierungen und sinnvolle genetische Stammoptimierungen geben.