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Doktorarbeit: Einfluss der Signalpeptide auf die heterologe Proteinsekretion in C. glutamicum und effizientere mikrobielle Bioprozessentwicklung durch miniaturisierte Kultivierung

Ausschreibendes Institut: IBG-1 - Biotechnologie
Kennziffer: D012/2014, Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Chemie, Biochemie

Neben der Herstellung von Fein- (z.B. Chiralika, Pharma-Aminosäuren, Vitamine, etc.) und Bulk-Chemikalien (z.B. 1,3-Propan-Diol, L-Lysin, L-Glutamat, Ethanol, Succinat etc.) hat die Gewinnung heterologer Proteine eine wichtige Position in der industriellen Biotechnologie. Prominente Beispiele sind die Gewinnung von Proteasen und Lipasen in der Anwendung in Waschmitteln oder Enzyme für die Anwendung in der Biokatalyse.

Für die mikrobielle Bioprozessentwicklung stellen sich in der Regel mindestens zwei grundlegende Fragestellungen. Zum einen ist es wichtig die aussichtsreichsten Mikroorganismen auszuwählen und sie in geeigneter Form genetisch zu modifizieren. Zum anderen müssen diese Stämme bioprozesstechnisch charakterisiert und optimiert werden. Dies geschieht zumeist in Laborbioreaktoren, um eine gute Prozesskontrolle und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Selbst mit parallelisierten Laborbioreaktoren ist der Kultivierungsdurchsatz dabei jedoch relativ klein, insbesondere im direkten Vergleich zur enormen Zahl an Stammvarianten, die mittels etablierter molekularbiologischer Methoden in kurzer Zeit konstruiert werden können. Dieses Defizit auf der Seite der Bioprozessentwickung kann durch miniaturisierte Kultivierungssysteme ausgeglichen werden, in dem die Stämme unter Bedingungen mit guter Vergleichbarkeit zum Labor-Bioreaktormaßstab mit Volumina von ca. 1 mL im Mikroplattenformat parallelisiert kultiviert werden können. In der Kombination mit partieller Automatisierung mit einem Laborroboter kann hierbei eine starke Beschleunigung in der Bioprozessentwicklung erreicht werden (http://www.microbialcellfactories.com/content/11/1/144).

Bei Proteinsekretion kommt der Wahl des „besten“ Sekretionssignalpeptids im verwendeten heterologen Expressionssystem eine immense Bedeutung zu, die den Unterschied zwischen einer optimalen und einer schlechten Sekretionsleistung ausmachen kann (J. Brockmeyer et al., 2006, J Mol Biol 362(3):393-402). Aus aktuellen Arbeiten mit C. glutamicum stellt sich jedoch klar heraus, dass die Wahl eines Signalpeptids mit guter Sekretionsleistung nicht nur von den Eigenschaften und der Natur des zu exprimierenden Zielproteins abhängt, sondern auch von vielen Parametern in der Bioprozessentwicklung (z.B. Induktion, Temperatur, Prozessregime (Batch-/Fed-Batch), Substratzufütterungrate, Medienzusammensetzung etc.), so dass die Auswahl des optimalen Signalpeptids unter realen Bioprozessbedingungen erfolgen sollte.

Am Beispiel der Proteinsekretion mit C. glutamicum soll untersucht werden, welche Rolle die Struktur/Sequenz eines Sekretionssignalpeptids für bestimmte ausgewählte Zielproteine hat. Damit wird das Ziel verfolgt ein mechanistisches Verständnis der Funktion der Signalpeptide zu erhalten und damit auch die Prädiktion von optimalen Signalpeptiden zu ermöglichen.

Für diese Forschungsaktivität suchen wir zum nächstmöglichen Termin eine/n Doktoranden/in für eine dreijährige Promotionsarbeit. Die Forschungsarbeit verbindet dabei molekulare Aspekte der heterologen Genexpression mit mikrobieller Bioprozessentwicklung. Zur intrazellulären Charakterisierung stehen LC-MS/MS und GC-MS basierte Metabolomics, targeted Proteomics und Transkriptomics als Technologien zu Verfügung.

Das Projekt ist sehr interdisziplinär und ist auf die Zusammenarbeit mit Ingenieuren, (Bio-)Chemikern, Molekularbiologen und der Bioinformatik angewiesen. Die Finanzierung des 3-jährigen Projekts ist gesichert. Die Vergütung erfolgt in Anlehnung an eine halbe Stelle. In Abhängigkeit vom Bewerberprofil und der thematischen Einbindung der Dissertation kann eine Zulage gewährt werden.

Anforderungen:
Hochschulstudium in Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Chemie, Biochemie oder vergleichbarer Disziplin mit einer Abschlussnote von mindestens 2,0; großes Interesse an mikrobieller Kultivierungstechnik, Bioprozessentwicklung und Stammkonstruktion, sowie die Fähigkeit in einem interdisziplinären Team zu arbeiten.

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner :

Prof. Marco Oldiges
Tel.: 02461/613951
e-mail: m.oldiges@fz-juelich.de

Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Bio- und Geowissenschaften
IBG-1: Biotechnologie
Leo-Brandt-Str.
52425 Jülich

Internet-Adresse:
http://www.fz-juelich.de/ibg/ibg-1/EN/Research/SystemsBiotechnology/bioproc/bioproc_node.html


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