Dr. Maren Nattermann ist neue Forschungsgruppenleiterin am MPI-TM

Mit synthetischer Biologie zur nachhaltigen Chemie

28. Januar 2025

Dr. Maren Nattermann ist seit Januar 2025 neue Forschungsgruppenleiterin in der Abteilung von Prof. Dr. Tobias Erb am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. Sie und ihr Team wollen neue Ansätze in der Synthetischen Biologie entwickeln, um die Produktion chemischer Wertstoffe – z.B. Ausgangsprodukte für eine nachhaltige Bioökonomie - zu optimieren.

Der Einsatz von Biokatalysatoren (Enzymen) bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen chemischen Verfahren: Sie arbeiten unter physiologischen Bedingungen, das heißt, einem neutralem pH-Wert und bei normaler Umgebungstemperatur und -druck. Mit Ansätzen der Synthetischen Biologie Mittlerweile lassen sich mittlerweile Enzyme gezielt verändern und zu künstlichen Stoffwechselwege zusammensetzen, die effizienter sind als natürliche oder ganz neue Reaktionswege darstellen.

Der Einbau solcher künstlicher Stoffwechselwege in lebende Zellen stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Der Grund dafür liegt im empfindlichen Gleichgewicht zwischen Zellwachstum und Produktbildung: Energie, die in unerwünschte Nebenreaktionen fließt, verringert die Effizienz eines synthetischen Stoffwechselwegs. Dabei werden wichtige zelluläre Ressourcen wie die Cofaktoren ATP oder NADPH aufgebraucht, oder die Verfügbarkeit zentraler Zwischenprodukte wie Acetyl-CoA wird beeinträchtigt – was letztlich das Wachstum der Zelle stört. Daher wird bei der Entwicklung synthetischer Stoffwechselwege viel Aufwand betrieben, um solche störenden Wechselwirkungen zu minimieren und die zellulären Ressourcen effizienter zu nutzen. Dieses Konzept ist als metabolische Orthogonalität bekannt.

Eine Möglichkeit, Orthogonalität zu erreichen, besteht in der Verwendung nicht-natürlicher Zwischenprodukte, die vom restlichen Zellstoffwechsel nicht erkannt werden. Allerdings benötigen auch Stoffwechselwege mit synthetischen Zwischenprodukten weiterhin wesentliche zelluläre Ressourcen in Form von Cofaktoren wie ATP, NADH oder CoA. Dr. Maren Nattermann und ihre Arbeitsgruppe haben es sich zum Ziel gesetzt, das Konzept der Orthogonalität auf diese „Cofaktor-Pools“ auszuweiten.

Dr. Nattermann erklärt: „Indem wir getrennte Cofaktoren für unterschiedliche Zwecke schaffen, könnte die Energie der Zelle gezielt für die Produktion bestimmter Produkte genutzt werden, was die Effizienz erheblich steigert.“  Der Schritt hin zu synthetischen Cofaktoren eröffne auch neue Möglichkeiten in der Biotechnologie, betont die Forscherin. „Unser Ziel ist es, diese in lebende Zellen zu integrieren, um biotechnologische Prozesse und die Herstellung von Chemikalien nachhaltiger und ressourcenschonender zu gestalten. Ich freue mich darauf, in Marburg ein interdisziplinäres Team aufzubauen, um das Potenzial der synthetischen Biologie weiter zu erforschen.“

Maren Nattermann absolvierte von 2013 bis 2019 ein Bachelor- und Masterstudium der Biochemie an der Universität Heidelberg. Von 2019 bis 2023 folgte die Promotion am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg. Im Anschluss daran war sie als Postdoc in der Abteilung "Biochemie und synthetischer Metabolismus" tätig, seit Anfang 2025 leitet sie die Forschungsgruppe "Synthetic Cofactors and orthogonal Metabolism" .

 

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