In anderen Organismen wie Escherichia- oder Pseudomonas-Stämmen ist es bisher nicht möglich, ausgedehnte Atmungsketten aus nativen Exo-Elektrogenen zu rekonstruieren, ohne dass es zu enormen Verlusten bei den Elektronentransferraten kommt. Daher fehlt es an einem Verständnis der grundlegenden Teile der Elektronentransportketten oder der Faktoren, die notwendig sind, um die volle Aktivität der Komponenten der Elektronentransferkette zu erreichen.

Wir vermuten, dass dies vor allem darauf zurückzuführen ist, dass die Erforschung der für den erweiterten Elektronentransfer notwendigen Komponenten auf Loss-of-Function-Studien im nativen exoelektrogenen Organismus aufbaut und anschließend nur die in diesen Loss-of-Function-Screens identifizierten Faktoren in die vorgesehenen Wirtsorganismen übertragen werden. Wir konnten bereits durch einen gain-of-function Ansatz mit einer Shewanella oneidensis Fosmid-Bibliothek, die in einem E. coli-Stamm exprimiert wurde, feststellen, dass bisher übersehene Faktoren massiven Einfluss auf die Elektronentransferkinetik zu haben scheinen. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass typische biotechnologische Chassis-Organismen systematisch für eine obligat respiratorische anaerobe Physiologie angepasst werden müssen.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist die systematische Identifizierung von Faktoren, die für die effiziente Rekonstruktion von verlängerten Elektronentransferketten in typischen biotechnologischen Chassisstämmen notwendig sind. Dies soll durch gezielte Gain-of-Function-Screens und die Identifizierung von genomischen Veränderungen nach spezifischen Selektionsexperimenten erreicht werden. Am Ende soll ein E. coli-Stamm stehen, der die notwendigen Elemente für einen verlängerten Elektronentransfer auf eine Elektrodenoberfläche enthält und anodengestützte Fermentationen mit konkurrenzfähigen Raum-Zeit-Ausbeuten im Vergleich zu etablierten oxischen Produktionsroutinen durchführt.

Wir haben uns mit Ingenieurgruppen zusammengetan, die ebenfalls Vorschläge im Rahmen dieses Schwerpunktprogramms eingereicht haben, um nicht nur optimierte Biokatalysatoren für elektrodenunterstützte Fermentationen zu entwickeln, sondern auch Grenzen zu ermitteln und die bestmöglichen Prozessbedingungen und Reaktorgeometrien für die Realisierung dieser nachhaltigen Art der biotechnologischen Produktion zu bestimmen.