Entwicklung und Einsatz neuer Tools zur metabolischen Netzwerkanalyse des industriellen Aminosäure-Produzenten Corynebacterium glutamicum

In der vorliegenden Arbeit, die als Habilitationsschrift wesentliche Erkenntnisse der Forschung von Prof. Wittmann aus den Jahren 1999-2005 zusammenfasst, wurden neue experimentelle und computergestützte Methoden zur metabolischen Netzwerkanalyse von Mikroorganismen entwickelt. Diese ermöglichen detaillierte Studien zur in vivo Aktivität intrazellulärer Reaktionen und Stoffwechselwege, die wesentlich zum Verständnis zellulärer Funktion und Regulation beitragen und ein wichtiges Werkzeug für die rationale Stammoptimierung darstellen. Mit Hilfe der neu entwickelten Methoden wurde im Folgenden der Aminosäure-Produzent Corynebacterium glutamicum charakterisiert. Dies beinhaltete unter anderem die Analyse metabolischer Stoffflüsse in der Lysinproduktion in Batch-Kultur, den Vergleich verschiedener Mutanten aus der klassischen Stammoptimierung, Stoffflussanalyse auf komplexen Medien, Studien zum Einfluss der C-Quelle und zur dynamischen Änderung des Metabolismus in verschiedenen Phasen einer Batch-Kultivierung. Es konnte gezeigt werden, dass die in vivo Aktivität einzelner Substrataufnahmesysteme und der Eintrittspunkt der Substrate in den Metabolismus von zentraler Bedeutung für die Produktbildung ist. Dieser Zusammenhang, dem bislang kaum Augenmerk geschenkt wurde, erscheint besonders bedeutsam für industrielle Prozesse, die häufig auf Substratgemischen ablaufen. Durch simultane Analyse von Genexpression, intra- und extrazellulären Metaboliten, sowie metabolischen Stoffflüssen wurde erstmals für C. glutamicum eine system-orientierte Analyse durchgeführt, die auf ein ganzheitliches Verständnis der zellulären Vorgänge abzielt.