Systembiotechnologie
Forschungszentrum Jülich / BioSC
Molekulare Enzymtechnologie
Heinrich-Heine Universität Düsseldorf / BioSC
Die Herstellung von Wertstoffen durch mikrobielle Biotransformation ist eine wesentliche Säule der Bioökonomie. Hierfür werden Mikroorganismen und Bioprozesse benötigt, die – abhängig vom eingesetzten Substrat sowie anvisierten Produkt – unterschiedliche Eigenschaften aufweisen müssen. In den BioSC FocusLabs CombiCom und HyImPAct wurden verschiedene Plattformorganismen durch gezieltes Engineering hinsichtlich der Verwertung relevanter Substrate sowie zur Produktion ausgewählter Wertstoffe entwickelt. Gleichzeitig wurden maßgeschneiderte Bioprozesse und Aufarbeitungsstrategien entwickelt, die eine optimierte Produktion dieser Wertstoffe im Labormaßstab ermöglichen.
Insbesondere wurden folgende Produktionsstämme und -prozesse etabliert: (i) Das Bakterium Pseudomonas putida, das intrinsisch eine hohe Resistenz gegenüber schädlichen Verbindungen aufweist, erlaubte die Konstruktion von Produktionsstämmen tripyrrolischer Feinchemikalien mit antibiotischer und antiphytopathogener Aktivität. (ii) Im Bakterium Rhodobacter capsulatus, das nativ bereits Terpene bildet und Licht als Energiequelle nutzen kann, konnte der Stoffwechsel zur Bildung diverser pflanzlicher Terpene effektiv umgelenkt werden. (iii) Im Pilz Ustilago maydis gelang es erstmals, eine rekombinante Terpensynthese zu etablieren. So wurde eine neue Wirtsklasse erschlossen, um Verbindungen zu adressieren, die in gängigen Verfahren mit der Bäckerhefe aufgrund von Toxizität nicht gewonnen werden können. (iv) Das Bakterium Corynebacterium glutamicum wurde zur verbesserten Verwertung des C5-Zuckers Xylose durch Verfahren der gelenkten Evolution weiterentwickelt. (v) Mithilfe des optimierten Xylose-Verwerters gelang die Co-Produktion von a-Ketoglutarat und Succinat im Bioreaktor-Labormaßstab unter mikroaeroben Prozessbedingungen. (vi) Zur Herstellung von Protocatechuat aus Xylose wurde ein optimaler Produktionsstamm in silico kreiert und anschließend mittels Metabolic Engineering konstruiert und schrittweise verbessert. Auf Basis eines Fed-Batch-Prozesses mit anschließender elektrobiochemischer Aufarbeitung konnte eine Ausbeute von 38 % des theoretischen Maximums sowie eine Produktreinheit von 95 % erreicht werden. (vii) Auf ähnliche Weise gelang die Entwicklung eines nachhaltigen Verfahrens zur Co-Produktion von Pyruvat und Alanin. Der resultierende Fermentationsüberstand konnte hierbei direkt mithilfe einer synthetischen Enzymkaskade zur Herstellung des pharmazeutischen Wirkstoffes Metaraminol eingesetzt werden.
Über BioSC
Kontakt
Impressum
Datenschutz
© BioSC
BioSC-Geschäftsstelle
c/o Forschungszentrum Jülich
52425 Jülich
biosc@fz-juelich.de
