Die Elektrobiotechnologie ist eine vielversprechende Technologie an der Schnittstelle von Elektrochemie und Biotechnologie zur Nutzung von CO₂ und Strom für die mikrobielle Biosynthese von Chemikalien und Kraftstoffen in bioelektrochemischen Systemen (BES). Ein attraktiver Ansatz ist dabei die elektrochemische Umwandlung von CO₂ zu CO und die Bildung von Synthesegas (H₂, CO, CO₂), das dann biologisch in Chemikalien oder flüssige Kraftstoffe umgewandelt wird. Obwohl die entkoppelte Biokonversion von Synthesegas in jüngster Zeit beeindruckende Fortschritte gemacht hat, ist diese Technologie immer noch mit einigen inhärenten Hindernissen behaftet, wie z. B. dem begrenzten Massentransfer von Gasen in das Kulturmedium, der geringen Aufnahme oder ineffizienten Übertragung von Elektronen oder Elektronenträgern auf den mikrobiellen Wirt und Sicherheitsfragen hinsichtlich der Toxizität und Explosivität der Substrate. Darüber hinaus haben Acetogene als die am häufigsten verwendeten mikrobiellen Wirte für die Syngas-Biokonversion ein begrenztes Produktspektrum, da die Produktion komplexerer Moleküle außerhalb ihrer metabolischen Kapazität liegt. In diesem Projekt wird das große Potenzial von Hydrogenophaga pseudoflava bei der aeroben Nutzung von Synthesegas und die Fähigkeit von gentechnisch verändertem H. pseudoflava zur Produktion von Fettsäuren in einem neuartigen direkten elektromikrobiellen Produktionssystem mit In-situ- und On-Demand-Produktion von H₂ und O₂ (aus Wasser) und CO (aus CO₂) untersucht. Um ein systemisches und quantitatives Verständnis des Elektronentransfers und seiner Auswirkungen auf den Redox- und Energiestoffwechsel dieses carboxydotrophen Bakteriums zu entwickeln, werden wir Metabolomics und Flux-Analysen anwenden und die kinetischen Parameter des Wildtyps und der konstruierten Mutanten mit Defekten im Elektronentransfer, Energie- und Redox-Stoffwechsel unter gegebenen Gaszusammensetzungen, die von einer optimierten BES bereitgestellt werden, quantifizieren. Die BES wird die bereits erwähnten derzeitigen Beschränkungen von bio-elektrochemischen Systemen und Gasfermentationen überwinden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um ein erstes Stoffwechsel- und Elektronentransfermodell des autotrophen Stoffwechsels vonH. pseudoflava zu erstellen, insbesondere im Hinblick auf die Aufnahme der verschiedenen Elektronenträger sowie die Energie- und Redox-Bilanzen. Darüber hinaus werden wir H. pseudoflava auf die Produktion von Fettsäuren umstellen, die eine ATP- und NADPH-intensive Produktklasse darstellen und deren Überproduktion daher den Stoffwechsel von H. pseudoflava insbesondere unter autotrophen Bedingungen herausfordern wird. Eine quantitative Analyse der entwickelten Stämme wird dazu dienen, das Stoffwechsel- und Elektronentransfermodell zu bewerten und zu verfeinern. Dieses Projekt wird neue Möglichkeiten zur Entwicklung effizienter elektromikrobieller Produktionsstämme und zur Entwicklung einer verbesserten Elektrofermentation eröffnen.