Het onderzoek dat in dit doctoraat wordt uitgevoerd, richt zich op de duurzame en microbiële productie van speciale koolhydraten die nuttig zijn voor het welzijn van mens en dier, evenals in de agro-industrie. Momenteel worden deze speciale koolhydraten op inefficiënte wijze geproduceerd via complexe chemische synthese of extractie. Dit doctoraat heeft daarom als doel om de interesse in deze verbindingen nieuw leven in te blazen door een duurzaam en schaalbaar alternatief te bieden via microbiële fermentatie, en door hun toepassingspotentieel grondig te analyseren.

In het verleden werden deze speciale koolhydraten vaak ontdekt in plantenextracten of traditionele geneeskunde, maar er is momenteel weinig onderzoek gedaan naar hun microbiële natuurlijke bronnen. Daarom zal in dit project worden gezocht naar de microbiële biosyntheseroutes, die zullen worden ontrafeld met behulp van geavanceerde bio-informatica en functionele high-throughput screening. Het genoom-DNA van verschillende microbiële stammen zal worden geëxtraheerd en onderworpen aan derde generatie sequencing, wat betrouwbare en diepgaande genoomanalyse mogelijk maakt via publieke en interne bio-informaticatools. Tegelijkertijd zullen genomische bibliotheken worden aangemaakt uit het geïsoleerde DNA en onderworpen aan snelle en nauwkeurige metabolomische screening. Deze benaderingen maken het mogelijk om de specifieke genomische sequenties te identificeren die leiden tot de productie van deze koolhydraten.

Zodra de genetische blauwdrukken zijn ontdekt, zullen microbiële platformproductiestammen worden gecreëerd via synthetische biologie en metabole engineering. Deze platformstammen zullen worden opgebouwd volgens een plug-and-play benadering, om zo een flexibele en veelzijdige microbiële platformtechnologie te ontwikkelen die de ontwikkeltijd van nieuwe verbindingen verkort. De constructie van de metabole routes zal plaatsvinden met behulp van geavanceerde kloningstechnologieën zoals Golden Gate en Gibson-assemblage, terwijl verschillende transformatietechnieken zullen worden geëvalueerd voor hun geschiktheid bij de introductie in heterologe expressiehosts. Deze hosts worden geselecteerd op basis van hun manipuleerbaarheid en metabool profiel. Tot slot zullen verschillende platformstammen worden gecombineerd om de volledige biochemische syntheseweg van één of meerdere speciale koolhydraten op te bouwen, wat resulteert in microbiële cel-fabrieken.