Titelaufnahme

Titel
Entwicklung eines heterologen CO2-fixierenden Organismus durch Metabolic Engineering
Weitere Titel
Development of a heterologous CO2-fixing organism by metabolic engineering
AutorInnenTraxler, Vanessa
Begutachter / BegutachterinIlk, Reinhard
Erschienen2017
Datum der AbgabeSeptember 2017
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)CO2-Fixierung / Escherichia coli / Calvin-Zyklus / Metabolic Engineering
Schlagwörter (EN)CO2-fixation / Escherichia coli / Calvin-cycle / metabolic engineering
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Da die CO2-Konzentrationen in unserer Umwelt anhaltend zunehmen, müssen neue Wege der CO2-Fixierung erforscht werden. Der Calvin-Zyklus als natürlich vorkommender CO2-Fixierungsmechanismus und sein Hauptenzym RuBisCO sollte in Escherichia coli kloniert werden und es Bakterien ermöglichen, Biomasse aus CO2 und einer zweiten Kohlenstoffquelle wie Hexosen oder Pentosen zu produzieren.

Mit Hilfe von gentechnischen Methoden wurden die CO2-fixierenden Gene in verschiedene E. coli Stämme (BL21, MG1655, W) kloniert und rekombinant exprimiert. Zur Verifikation der Expression der CO2-fixierenden Gene wurden Wildtyp E. coli Stämme kultiviert und charakterisiert und die Daten wurden in weiterer Folge als Vergleichswerte herangezogen. Die Performance der CO2-Fixierung wurde in verschiedenen Experimenten in Fed-Batch und Closed-Batch Kultivierungen auf Glukose, Xylose und Arabinose getestet.

Diese Kultivierungen deuteten darauf hin, dass die Verwendung von Hexosen als Substrat zu einem Gleichgewicht zwischen der CO2-Produktion und der CO2-Fixierung führt und dadurch die Wirkung der CO2-fixierenden Gene nicht bestimmt werden konnte. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass O2-limitierende Kultivierungsbedingungen dem CO2-Fixierungsprozess zugutekommen.

Zusammenfassung (Englisch)

Since the CO2 concentrations in our environment are persistently increasing, new ways of CO2-fixing need to be investigated. The Calvin Cycle as naturally occurring CO2-fixing mechanism and its main enzyme RuBisCO should be introduced into Escherichia coli and allow bacteria to produce biomass from CO2 and a second carbon source like hexose or pentose.

By genetic engineering the CO2-fixing genes were cloned into different E. coli strains (BL21, MG1655, W) and recombinantly expressed. For verification of the expression of the CO2-fixing genes, wild-type E. coli strains were cultivated and characterized and the data was further used as reference for comparison. Performance of the CO2-fixation was tested in various experiments in fed-batch and closed-batch cultivations on glucose, xylose and arabinose. These cultivations suggested that the use of hexose as substrate leads to balance between CO2-production and CO2-fixation and the effect of the CO2-fixing genes could not be determined. Furthermore, it was shown that O2-limiting cultivation conditions benefit the CO2-fixation process.

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