Übergangsmetalle und phototrophes Wachstum: Ein neuer Ansatz der constraintbasierten Modellierung großer Stoffwechselnetze

Cyanobakterien sind die einzigen bekannten Prokaryoten mit der Fähigkeit zur O2-entwickelnden Photosynthese. Sie kommen unter nahezu allen Umweltbedingungen vor. Durch ihre hohe Anzahl, vor allem in den Ozeanen, tragen Cyanobakterien erheblich zu den den globalen O2- und CO2-Zyklen bei. Aufgrund ihrer phototrophen Lebensweise sind Cyanobakterien auch interessante Kandidaten zur direkten Herstellung von Biokraftstoffen aus CO2 und Sonnenlicht. Ein wichtiger Ansatz zur Erforschung des cyanobakteriellen Stoffwechsels ist die Erstellung mathematischer Modelle des enzymatischen Reaktionsnetzwerks. Ein solches Modell erlaubt die mathematische Analyse und Vorhersage komplexer Stoffwechselvorgänge mit weitreichenden Anwendungen in der Biotechnologie. Allerdings sind gegenwärtige Stoffwechselmodelle auf sogenannte Makronährstoffe, wie Kohlenstoff und Stickstoff, beschränkt. Mikronährstoffe, vor allem Übergangsmetalle, werden ignoriert. Gleichwohl sind Mikronährstoffe essentiell für alle photosynthetischen Prozesse und unter vielen Lebensbedingungen limitierend für das Wachstum der Cyanobakterien und anderer photosynthetischer Lebewesen. Das Ziel des beantragten Projekts ist deshalb, Übergangsmetalle explizit in die stöchiometrische und constraintbasierte Beschreibung metabolischer Netze einzubeziehen. Dazu sollen bestehende Erfahrungen mit zeitaufgelösten Hochdurchsatzverfahren und mathematischer Modellierung genutzt und miteinander verknüpft werden.