Proteinsekretion in Lactobacillus plantarum

Milchsäurebakterien (MSB) sind bedeutende Organismen für die Lebensmittelindustrie und werden seit langer Zeit in der Produktion verschiedenster Lebensmittel für den menschlichen Konsum eingesetzt. In neuerer Zeit finden MSB auch Anwendung in probiotischen Produkten. Seit kurzem erhalten sie auch verstärkt Aufmerksamkeit als Zellfabriken für die Produktion von Enzymen anderen Proteinen, speziell von therapeutischen Proteinen, Vakzinen etc., für Anwendungen in der Human- und Veterinärmedizin. Wir schlagen für dieses Projekt einen Ansatz vor, welcher auf der Verwendung von Lactobacillus plantarum sowohl als Zellfabrik zur Produktion von Protein als auch als Trägersubstanz für Proteine für lebensmittelrelevante und therapeutische Anwendungen beruht. Dafür soll ein vielseitiger, modularer "Expressionsbaukasten" für Proteinsekretion und Oberflächen-Präsentation entwickelt werden, der raschen und einfachen Austausch von Promotoren (natürlichen und synthetischen), Signalsequenzen und Verankerungsmotiven erlaubt. Diese Bausteinen sollen zufällig in Expressions"bibliotheken" kombiniert werden, um die idealen Kombinationen zu identifizieren. Zwei für verschiedene Anwendungen relevante Proteine wurden als Beispiele ausgewählt: eine ß-Glucosidase aus dem thermophilen und halophilen Bakterium Halothermotrix orenii (HoBGLA) und ein Coxsackie-Virus-Adenovirus-Rezeptor (CAR). HoBGLA, die auch über hohe -Galaktosidase-Aktivität verfügt, ist ein vielversprechender Kandidat für industrielle Laktose-Hydrolyse und die Produktion von präbiotischen Galakto-Oligosacchariden. Immobilisation ist förderlich für nachhaltigen, wirtschaftlichen Einsatz von Biokatalysatoren, wobei das Enzym (der Biokatalysator) nach der Fermentation und Enzymproduktion an einen lebensmitteltauglichen Träger gebunden wird. Unser vorgeschlagener Ansatz besteht in der Immobilisation/Präsentation des Enzyms an der Oberfläche eines lebensmitteltauglichen Organismus und sollte die Produktion und einen sicheren, stabilieren Einsatz von Biokatalysatoren für verschiedensten Zwecke im Lebensmittelbereich ermöglichen. Der Coxsackie-Virus-Adenovirus-Rezeptor (CAR) wird von den meisten humanen Adenoviren verwendet. Adenovirus-Infektionen, die vor allem Diarrhöe auslösen, betreffen vor allem Kinder und Jugendliche. In einer biotherapeutischen Applikation können Bakterien, welche den CAR an der Oberfläche präsentieren, als "Rezeptorfallen" dienen, die das Virus binden und (jedenfalls teilweise) die Infektion der Wirtszellen verhindern. Solche CAR-präsentierenden Bakterien können in nicht lebensfähiger Form von außen zugeführt werden oder können im Darm angesiedelt werden und eine konstante Versorgung mit Rezeptorfallen gewährleisten. Im zweiten Teil des Projekts soll das Sec-basierte Protein-Translokationssystem von L. plantarum untersucht werden. Ein besserer Einblick dieses Systems soll ein tieferes Verständnis der limitierenden Faktoren der Proteinproduktion in L. plantarum ermöglichen und die Diskrepanz der Ausbeute von cytoplasmatischen und sekretorischen Proteinen erklären helfen. Dabei soll das optimale "Fenster" der Transkriptionsstärke ermittelt werden, welches das Translokationssystem nicht überfordert und das Translokon nicht "verstopft", und mögliche limitierende Komponenten des Translokationssystems identifiziert werden. 1

Milchsäurebakterien (MSB) sind bedeutende Organismen für die Lebensmittelindustrie und werden seit langer Zeit in der Produktion verschiedenster Lebensmittel für den menschlichen Konsum eingesetzt. In neuerer Zeit finden MSB auch Anwendung in probiotischen Produkten. Seit kurzem erhalten sie auch verstärkt Aufmerksamkeit als Zellfabriken für die Produktion von Enzymen anderen Proteinen, speziell von therapeutischen Proteinen, Vakzinen etc., für Anwendungen in der Human- und Veterinärmedizin. Wir schlagen für dieses Projekt einen Ansatz vor, welcher auf der Verwendung von Lactobacillus plantarum sowohl als Zellfabrik zur Produktion von Protein als auch als Trägersubstanz für Proteine für lebensmittelrelevante und therapeutische Anwendungen beruht. Dafür soll ein vielseitiger, modularer "Expressionsbaukasten" für Proteinsekretion und Oberflächen-Präsentation entwickelt wurde, der raschen und einfachen Austausch von Promotoren (natürlichen und synthetischen), Signalsequenzen und Verankerungsmotiven erlaubt. Diese Bausteinen sollen zufällig in Expressions"bibliotheken" kombiniert wurden, um die idealen Kombinationen zu identifizieren. Immobilisation ist förderlich für nachhaltigen, wirtschaftlichen Einsatz von Biokatalysatoren, wobei das Enzym (der Biokatalysator) nach der Fermentation und Enzymproduktion an einen lebensmitteltauglichen Träger gebunden wird. Unser vorgeschlagener Ansatz besteht in der Immobilisation/Präsentation des Enzyms an der Oberfläche eines lebensmitteltauglichen Organismus und sollte die Produktion und einen sicheren, stabilieren Einsatz von Biokatalysatoren für verschiedensten Zwecke im Lebensmittelbereich ermöglichen.