Forschungsgebiete
Leitung: Dr. FalkoMatthes (komm.) , Prof. Dr. Gotthard Kunze
Im Mittelpunkt der Forschung der Arbeitsgruppe Hefegenetik steht die nicht-konventionelle, nicht-pathogene Hefe Arxula adeninivorans und ihre Nutzung als Wirt für die Produktion rekombinanter Proteine, als Gendonor (Spender) und Biokatalysator für neue biotechnologische Produkte bzw. als mikrobielle Komponente für Biosensoren zur Analyse von Abwasser, Urin und Blut, für die Überwachung von Futter- und Nahrungsmitteln und für medizinische Untersuchungen.
Die Hefe A. adeninivorans wurde bereits in den 80er Jahren für die „Single Cell“ Proteinproduktion in Malchin (Mecklenburg-Vorpommern) eingesetzt, wo sie sich durch ihre Schnellwüchsigkeit, dem Erreichen von außerordentlich hohen Zelltitern und ihrem großen Substratspektrum auszeichnete. Parallel zum biotechnologischem Einsatz erfolgten Untersuchungen zur taxonomischen Klassifizierung und zur Physiologie. Auch Tools für deren genetische Bearbeitung, wie Herstellung von Mutanten durch chemische Mutagenese, Protoplastenfusion und mitotische Segregation wurden in diesem Zeitraum in Kooperation mit der Abteilung Hefegenetik der Universität Greifswald erstellt. All dies war Voraussetzung für die Arbeiten zur Etablierung von A. adeninivorans als Tool zur Produktion neuer biotechnologischer Produkte bzw. zur Konstruktion, Etablierung und Validierung neuer auf A. adeninivorans basierender mikrobieller Biosensoren für die Umwelt- und Lebensmittelüberwachung, die Medizin und Pharmazie, die ab den 90iger Jahren in der Arbeitsgruppe Hefegenetik unter Leitung von Prof. Dr. habil. Gotthard Kunze erfolgten.
Das Genom von A. adeninivorans
Zur Erreichung dieser Zielstellung wurde das Genom von A. adeninivorans per DNA-Reassoziationsstudien in den frühen 90iger Jahren detailliert analysiert. Gleichzeitig wurden physiologische Studien bezüglich verwertbarer Substrate als Kohlenstoff- und/oder Stickstoffquellen durchgeführt und deren Abbauwege untersucht. Dabei gelang auch die Konstruktion erster transgener Arxula-Hefen. In den folgenden Jahren wurden mit der einhergehenden Isolation und Charakterisierung zahlreicher A. adeninivorans-Gene und der 25S rDNA ein Transformations-/Expressionssystem zur Produktion rekombinanter Proteine in transgenen Hefestämmen entwickelt und etabliert. Dieses System wurde zu einer Plattform (bezeichnet als Xplor®2) ausgebaut, mit der sich über die sog. Modulbauweise (Expressionsmodule, Selektionsmarkermodule, ARS-Module, Chaperon-Module) schnell und effektiv die gewünschten Plasmide konstruieren lassen. Um diese Plattform zur Konstruktion maßgeschneiderter transgener Produktionsstämme mit hoher Akzeptanz nutzbar zu machen, wurde sie in enger Zusammenarbeit mit klein- und mittelständischen Unternehmen (KMUs) wie der ARTES Biotechnology GmbH in Langenfeld etabliert. Vorteil dieser vom IPK patentierten Plattform ist, dass nur die für die jeweilige Hefe-Transformande essentiellen und gewünschten Module und weder Resistenzmarker noch E. coli Sequenzen in die Hefe transformiert werden. Da die Plattform ein integratives Transformationssystem ist, d.h. die entsprechenden Kassetten stabil in das Genom von A. adeninivorans integriert werden, weisen die erhaltenen Transformanden eine hohe mitotische Stabilität auf, was Voraussetzung für deren Verwendung in der Biotechnologie ist.
Zur weiteren Steigerung der Attraktivität dieser Plattform wurde am IPK 2010 das vollständige Genom dieser Hefe sequenziert und annotiert.
