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Optimization of microbial triglyceride production in Ustilago maydis = Optimierung der mikrobiellen Triglyzerid-Produktion in Ustilago maydis
2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-10-10
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-08662
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1019933/files/1019933.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
fatty acids (frei) ; microbial triglycerides (frei) ; tailoring (frei) ; ustilago maydis (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Die Nachfrage an Pflanzenöl hat weltweit ein noch nie da gewesenes Ausmaß erreicht. Durch das wachsende Bewusstsein für die Umweltprobleme, die mit herkömmlichen Pflanzenölen einhergehen, gibt es einen steigenden Bedarf für umweltfreundliche Alternativen. Die mikrobielle Triglyzerid-Produktion durch ölhaltige Mikroorganismen stellt eine dieser Alternativen zur nachhaltigen Herstellung dieser wertvollen Ressourcen dar. Ustilago maydis hat sich im Laufe dieser Dissertation als vielversprechender Kandidat für die mikrobielle Triglyzerid-Produktion erwiesen. Um die Produktion in U. maydis zu erforschen, wurden zwei neuartige Methoden entwickelt, ein Screening und eine Optimierung der Produktionsparameter realisiert und ein Scale-Up des Produktionsprozesses durchgeführt. Eine der entwickelten Methoden basiert auf einer Echtzeitüberwachung eines Fluoreszenzfarbstoffes, was die Online-Messung der Triglyzerid-Produktion im BioLector-System ermöglicht. Die andere entwickelte Methode basiert auf der RAMOS-Technologie und ermöglicht eine umfassende Bewertung der verstoffwechselbaren Kohlenstoffquellen und deren Metabolisierungsreihenfolge. Die entwickelte Methodik und weitere Screening-Versuche zeigten, dass U. maydis alle Haupt-Kohlenstoffquellen in Maisstroh verstoffwechseln kann, darunter auch Galaktose, die zuvor als toxisch für den Organismus galt. Außerdem konnte gezeigt werden, dass Essigsäure als Co-Substrat die Triglyzerid-Produktion effizienter machen kann. Anschließend an Screening-Versuche und Methodenentwicklung wurde ein erfolgreicher Scale-Up basierend auf dem volumetrischen Leistungseintrag demonstriert. Eine folgende Prozessoptimierung führte zu einer vierfachen Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute durch pH-Optimierung und Anpassung der Glukosekonzentration. Darüber hinaus ermöglichte eine systematische Analyse der dominantesten Prozessparameter, die prozessgesteuerte Anpassung der Fettsäureprofile des produzierten Triglyzerids.Im Laufe dieser Dissertation wurde U. maydis als mikrobieller Triglyzerid-Produzent etabliert und der Produktionsprozess optimiert. Des Weiteren konnten verbleibende Optimierungspotentiale des Prozesses, des Stoffwechsels und des Downstream-Processings, aufgezeigt werden, die die Triglyzerid-Produktion in U. maydis noch attraktiver machen könnten.Global demand for plant oil has reached unprecedented levels, with relevance across most industrial sectors. Driven by the growing awareness of environmental issues related to traditional plant oils and the need for eco-friendly alternatives, microbial triglycerides production emerges as a promising alternative with significant potential. Harnessing the capabilities of oleaginous microorganisms is an innovative approach for achieving sustainable triglyceride production. This dissertation, conducted within the NextVegOil project, explores U. maydis as a promising candidate for microbial triglyceride production. It contributes to the field by developing and evaluating novel methods, screening and optimizing production parameters, and scaling up the production process. A novel screening method for real-time monitoring was established based on a fluorescent dye, which enables online measurement of triglyceride production in the BioLector system. Furthermore, the RAMOS technology was utilized to allow a comprehensive assessment of the metabolizable carbon sources and their order of metabolization. The insights gained from this method and further experiments presented in this work concluded that U. maydis can metabolize all major carbon sources in corn stover, including galactose, which was previously considered toxic to the organism. In addition, it was shown that acetic acid as a co-substrate can make triglyceride production more efficient. Subsequent to method development and screening experiments, a successful Scale-Up based on the volumetric power input was demonstrated. Furthermore, successful process optimization led to a four-fold increase in the space time yield. This optimization was achieved through precise pH control and adjustment of the glucose concentration. Moreover, a systematic evaluation of process parameters influencing fatty acid composition enabled process-driven tailoring of fatty acid profiles and, thereby, the tailoring of the triglyceride properties. This research established U. maydis as a microbial triglyceride producer and optimized the production process. It emphasizes the necessity for further process refinement, metabolic engineering, and efficient downstream processing to enhance triglyceride yield and application-specific fatty acid compositions.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031299164
Interne Identnummern
RWTH-2025-08662
Datensatz-ID: 1019933
Beteiligte Länder
Germany
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