Mikroorganismen helfen dem Menschen schon seit Jahrtausenden bei der Herstellung von chemischen Stoffen. Bekannte Beispiele sind die Wein- und Bierherstellung, Bioethanol, Zitronensäure oder der Geschmacksverstärker Glutamat. In den vergangenen Jahrzehnten ist die Chemische Industrie dazu übergegangen, immer mehr chemische Stoffe auf biologischem Wege herzustellen. Vor allem der Markt der biotechnologisch hergestellten Aminosäuren ist stark angewachsen. Einige Aminosäuren, wie z.B. Lysin, werden im Umfang von mehreren 100.000 Jahrestonnen als Futtermittelzusatz produziert.
Gerade bei Aminosäuren liegt eine Herstellung auf biologischem Wege nahe, denn die 20 natürlichen Aminosäuren sind die Grundbausteine der Proteine und somit in jeder lebenden Zelle in großen Mengen vorhanden (Proteine bilden etwa 50% der Zellmasse). Insbesondere Bakterien können alle 20 Aminosäuren ausgehend von Zucker als Rohstoff selbst synthetisieren. Von dieser Erkenntnis bis zum industriellen Produktionsprozess ist es jedoch noch ein weiter Weg.
Bei der Entwicklung eines Produktionsprozesses beginnt man in der Regel mit einem Bakterium, das gewisse Aminosäuren bereits im Überschuss produziert und vielleicht sogar ausscheidet. Davon ausgehend wird mit genetischen Methoden gezielt in den Zellstoffwechsel eingegriffen, um das bestehende leichte Ungleichgewicht in der Aminosäureproduktion weiter zu verstärken.
Eingriffe in die komplexen intrazellulären Regulationsnetzwerke müssen allerdings so vorgenommen werden, dass die Zellen weiterhin ausreichend mit Energie und Grundbausteinen für das Wachstum versorgt werden und trotzdem ein bestimmter Stoff im Überschuss produziert wird. Ein solches Vorhaben erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Mikrobiologen, Bioverfahrenstechnikern und Systemtheoretikern. Diese fachübergreifende Vorgehensweise, bei der versucht wird, das zelluläre Gesamtsystem soweit zu verstehen, dass gezielte Vorhersagen für die Auswirkung genetischer Veränderungen gemacht werden können, wird heute unter dem Begriff "Systembiologie" zusammengefasst.
Prof. Dr. Wolfgang Wiechert und seine Arbeitsgruppe am Institut für Systemtechnik der Universität Siegen sind seit langer Zeit auf diesem Feld tätig und befassen sich mit der Modellierung, Simulation und Analyse zellulärer Regulationskreisläufe. Letztendlich kann mit einem Computermodell der Zelle versucht werden, Vorhersagen für optimale Eingriffe zu treffen.
Die Teilnehmer des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts zur Systembiologie mikrobieller Aminosäureproduzenten (SysMAP) trafen sich am 07./08. April im Artur-Woll-Haus der Universität Siegen. Beteiligt am Verbundprojekt sind mikrobiologische Arbeitsgruppen des Forschungszentrums Jülich, der Universitäten Köln, Bielefeld, Münster, Ulm und Erlangen/Nürnberg, Bioinformatikgruppen der Firma Genedata und der Universität Bielefeld sowie die Simulationsgruppe aus Siegen. Das gesamte Projekt wird von der Firma Evonik (ehem. Degussa) unterstützt, die einer der weltweit führenden Hersteller ist. Auf dem Projekttreffen konnte von den Siegener Forschern erstmals ein mathematisches Modell der Regulation des Zitronensäurezyklus vorgestellt werden, das in enger Interaktion zwischen experimenteller Datengenerierung und mathematischer Modellbildung zusammen mit den Projektpartnern erarbeitet wurde.
Gerade bei Aminosäuren liegt eine Herstellung auf biologischem Wege nahe, denn die 20 natürlichen Aminosäuren sind die Grundbausteine der Proteine und somit in jeder lebenden Zelle in großen Mengen vorhanden (Proteine bilden etwa 50% der Zellmasse). Insbesondere Bakterien können alle 20 Aminosäuren ausgehend von Zucker als Rohstoff selbst synthetisieren. Von dieser Erkenntnis bis zum industriellen Produktionsprozess ist es jedoch noch ein weiter Weg.
Bei der Entwicklung eines Produktionsprozesses beginnt man in der Regel mit einem Bakterium, das gewisse Aminosäuren bereits im Überschuss produziert und vielleicht sogar ausscheidet. Davon ausgehend wird mit genetischen Methoden gezielt in den Zellstoffwechsel eingegriffen, um das bestehende leichte Ungleichgewicht in der Aminosäureproduktion weiter zu verstärken.
Eingriffe in die komplexen intrazellulären Regulationsnetzwerke müssen allerdings so vorgenommen werden, dass die Zellen weiterhin ausreichend mit Energie und Grundbausteinen für das Wachstum versorgt werden und trotzdem ein bestimmter Stoff im Überschuss produziert wird. Ein solches Vorhaben erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Mikrobiologen, Bioverfahrenstechnikern und Systemtheoretikern. Diese fachübergreifende Vorgehensweise, bei der versucht wird, das zelluläre Gesamtsystem soweit zu verstehen, dass gezielte Vorhersagen für die Auswirkung genetischer Veränderungen gemacht werden können, wird heute unter dem Begriff "Systembiologie" zusammengefasst.
Prof. Dr. Wolfgang Wiechert und seine Arbeitsgruppe am Institut für Systemtechnik der Universität Siegen sind seit langer Zeit auf diesem Feld tätig und befassen sich mit der Modellierung, Simulation und Analyse zellulärer Regulationskreisläufe. Letztendlich kann mit einem Computermodell der Zelle versucht werden, Vorhersagen für optimale Eingriffe zu treffen.
Die Teilnehmer des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts zur Systembiologie mikrobieller Aminosäureproduzenten (SysMAP) trafen sich am 07./08. April im Artur-Woll-Haus der Universität Siegen. Beteiligt am Verbundprojekt sind mikrobiologische Arbeitsgruppen des Forschungszentrums Jülich, der Universitäten Köln, Bielefeld, Münster, Ulm und Erlangen/Nürnberg, Bioinformatikgruppen der Firma Genedata und der Universität Bielefeld sowie die Simulationsgruppe aus Siegen. Das gesamte Projekt wird von der Firma Evonik (ehem. Degussa) unterstützt, die einer der weltweit führenden Hersteller ist. Auf dem Projekttreffen konnte von den Siegener Forschern erstmals ein mathematisches Modell der Regulation des Zitronensäurezyklus vorgestellt werden, das in enger Interaktion zwischen experimenteller Datengenerierung und mathematischer Modellbildung zusammen mit den Projektpartnern erarbeitet wurde.
