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

In het verleden werden deze speciale koolhydraten vaak ontdekt in plantenextracten of in de traditionele geneeskunde, maar momenteel worden ze weinig onderzocht wat betreft hun microbiële, natuurlijke oorsprong. In dit project zal daarom gezocht worden naar de microbiële blauwdrukken voor hun biosynthese, die vervolgens zullen worden ontrafeld met behulp van geavanceerde bio-informatica en functioneel gebaseerde high-throughput screening. Het genoom-DNA van verschillende microbiële stammen zal worden geëxtraheerd en onderworpen aan third generation sequencing, wat betrouwbare en diepgaande genoomanalyse mogelijk maakt met behulp van publieke en interne bio-informaticatools. Parallel hiermee zullen genomische bibliotheken worden aangemaakt uit het geïsoleerde DNA en onderworpen aan een snelle en nauwkeurige metabolomische screening. Deze benaderingen samen maken de identificatie mogelijk van de specifieke genomische sequenties die leiden tot de productie van deze koolhydraten.

Zodra de genetische blauwdrukken zijn geïdentificeerd, zullen platformproductiestammen worden gecreëerd via synthetische biologie en metabolic engineering. Deze platformstammen zullen volgens een ‘plug-and-play’-principe worden opgebouwd om een flexibele en veelzijdige microbiële platformtechnologie te creëren die de ontwikkelingstijd van nieuwe verbindingen verkort. De constructie van de metabole routes zal gebeuren met behulp van geavanceerde kloneringstechnologieën zoals Golden Gate en Gibson-assemblage, terwijl verschillende transformatie-methodes zullen worden geëvalueerd voor hun geschiktheid om in heterologe expressiehosts te worden geïntroduceerd. Deze hosts worden geselecteerd op basis van hun bewerkbaarheid en metabolisch profiel. Tot slot zullen verschillende platformstammen worden gecombineerd om het volledige biochemische synthese-pad van één of meerdere speciale koolhydraten op te bouwen, wat zal leiden tot de ontwikkeling van microbiële cel-fabrieken. Deze cel-fabrieken zullen vervolgens worden geoptimaliseerd voor industriële productie en voor de zuivering van de verbindingen uit het fermentatieproces.