Die bakterielle Produktion von Polyhydroxybutyrat (PHB) ist häufig durch den Stauraum innerhalb der Bakterienzelle begrenzt. Bei den Bakterien, die bekanntermaßen viel PHB produzieren, kann das PHB-Granulat bis zu 95 % des Zellvolumens einnehmen. Im Rahmen meines Ziels, die PHB-Ausbeute von Bakterienkulturen zu erhöhen, habe ich mit der genetischen Kontrolle des Zellvolumens gespielt. Der Gedanke ist, dass, wenn das Zellvolumen erhöht werden kann, vielleicht auch die PHB-Ausbeute gesteigert werden kann.
Eine typische (stäbchenförmige) Zelle von Rhodobacter sphaeroides hat ungefähr die Abmessungen von 1 µm in der Länge und 0,5 µm in der Breite. Das Bild links zeigt einen Rhodobacter-Stamm, den ich genetisch manipuliert habe. Die durchschnittliche Zelllänge beträgt mehr als 50 µm (bis zu 100 µm Länge!). Zusätzlich wurden die PHB-Granula mit einem gelb fluoreszierenden Protein namens mVenus markiert.
Nachdem das Zellvolumen nun um mindestens das 30-fache vergrößert wurde, besteht der nächste Schritt darin, weitere genetische Anpassungen vorzunehmen, damit die Zellen den verbleibenden Raum mit PHB ausfüllen.
In einem letzten Schritt soll dann geprüft werden, ob diese modifizierten (verlängerten) Zellen unter Fermentationsbedingungen zu höheren Erträgen als die ursprünglichen Stämme fähig sind. Die verlängerten Zellen könnten zum Beispiel ernsthafte Wachstumsprobleme haben, die durch Turbulenzen entstehen. Längere Zellen könnten in zwei Teile zerbrechen. Dies könnte ein Vorteil sein, wenn zerbrechende Zellen absterben und ihre PHB-Granulate freisetzen (was die PHB-Ernte vereinfacht). Das Absterben älterer, längerer Zellen könnte Platz schaffen und Nährstoffe für jüngere Zellen freisetzen.
Links sind Rhodobacter-Zellkolonien zu sehen, die die normale Zellform aufweisen, d. h. 1 x 0,5 µm, auch mit markierten PHB-Granula.
Hintergrund dieses Projekts ist das Ziel, die Kosten für die PHB-Produktion zu senken, so dass unser moderner Lebensstil durch die Verwendung von umweltfreundlichem Biokunststoff anstelle der konventionellen erdölbasierten Kunststoffe, die unsere Umwelt schädigen, unterstützt werden kann.
Aktualisierung August 2023
Das Manuskript mit den technischen Details wurde nun von Fachleuten geprüft und veröffentlicht: