Navigation und Service

Ausschreibender Bereich: IBG-1 - Biotechnologie
Kennziffer: D097/2018, Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Chemie, Biochemie

Doktorand/In: Heterologe Proteinsekretion in C. glutamicum - Einfluss der SEC-Signalpeptide und effizientere Bioprozessentwicklung durch automatisierte Kultivierung

Neben der Herstellung von Fein- und Bulk-Chemikalien (z.B. 1,3-Propan-Diol, L-Lysin, L-Glutamat, Ethanol, Succinat etc.) hat die Produktion von homolog oder heterolog exprimierten Proteinen eine wichtige Position in der industriellen Biotechnologie. Prominente Beispiele sind die Gewinnung von Proteasen, Lipasen, Cellulasen oder Amylasen in der Anwendung in Waschmitteln, Lebensmitteln oder der technischen 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 als Produktionschassis 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 hoher Vergleichbarkeit zum Labor-Bioreaktormaßstab im Mikroplattenformat parallelisiert kultiviert werden können. In der Kombination mit Automatisierung in Laborrobotiksystemen kann hierbei eine starke Beschleunigung in der Bioprozessentwicklung erreicht werden [1,2,3].

Bei der sekretorischen Proteingewinnung über den SEC-Sekretionsweg kommt der Wahl des „passenden“ Sekretionssignalpeptids im verwendeten heterologen Expressionssystem eine immense Bedeutung zu. Diese kann den Unterschied zwischen einer optimalen und einer schlechten Sekretionsleistung ausmachen [4,5]. Aus aktuellen Arbeiten mit C. glutamicum stellt sich dabei klar heraus, dass die Wahl eines Signalpeptids mit optimaler 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, Batch-/Fed-Batch, Substratzufütterungsrate, Medienzusammensetzung etc.), so dass die Auswahl des optimalen Signalpeptids idealerweise auch unter realen Bioprozessbedingungen erfolgen sollte.

In dem Promotionsprojekt soll am Beispiel der heterologen Proteinsekretion mit C. glutamicum untersucht werden, welche Rolle die Struktur bzw. Sequenz eines Sekretionssignalpeptids für ausgewählte Zielproteine hat. Die ausgewählten Zielproteine sollen dabei Modellcharakter haben als auch einen konkreten Anwendungsbezug besitzen. Damit wird das Ziel verfolgt ein mechanistisches Verständnis der Funktion der Signalpeptide zu erhalten und damit auch die Prädiktion von optimalen Signalpeptiden für neue Zielproteine in der Anwendung zu ermöglichen.

Literatur:
[1] Rohe, P., Venkanna, D., Kleine, B. et al. Microb Cell Fact (2012) 11: 144. doi:10.1186/1475-2859-11-144 (open access)

[2] Unthan, S., Radek, A., Wiechert, W. et al. Microb Cell Fact (2015) 14: 32. doi:10.1186/s12934-015-0216-6 (open access)

[3] Video link to automated cultivation technology, www.mibiolab.de

[4] J. Brockmeyer et al., 2006, J Mol Biol 362(3):393-402

[5] Hemmerich et al. Microb Cell Fact (2016) 15:208
https://doi.org/10.1186/s12934-016-0604-6 (open access)

Für diese Forschungsaktivität suchen wir zum nächstmöglichen Termin eine/n Doktoranden/in für eine dreijährige Promotionsarbeit. Die Forschungsarbeit verbindet dabei molekulare Aspekte der heterologen Proteinexpression mit mikrobieller Bioprozessentwicklung. Für die bioprozesstechnischen Arbeiten stehen parallele Bioreaktorsysteme im 2 L Maßstab und automatisierte Kultivierungsplattformen für die Bioprozesscharakterisierung/-optimierung mit höherem Durchsatz zu Verfügung. Für intrazelluläre Analysen kann Technologie für Metabolomics, Proteomics und Transkriptomics eingesetzt werden.

Das Projekt ist sehr interdisziplinär und ist auf die Zusammenarbeit von Ingenieuren, (Bio-)Chemikern, Molekularbiologen und der Bioinformatik angewiesen. Die Finanzierung des 3-jährigen Projekts mit einer Vergütung nach 50% TVÖD E13 mit Zulage ist gegeben. Die Stelle kann ab sofort besetzt 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.

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

Zusatzinformationen

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.