Entwicklung neuer Ganzzellbiokatalysatoren

Arbeitsfeld:
Themenschwerpunkt 1: Ressourcenschonung



Essigsäurebakterien werden bereits biotechnologisch genutzt. Diese  Mikroorganismen sind in der Lage, hoch spezifische Reaktionen an verschiedensten Stoffen wie Alkoholen, Polyolen, Zuckern und ähnlichen Verbindungen durchzuführen, die meist mit herkömmlichen chemischen Methoden nicht oder nur sehr ineffizient zu erreichen sind. Essigsäurebakterien führen solche Reaktionen mit einer Vielzahl besonderer Enzyme, sogenannter membranständiger Dehydrogenasen, aus. Dabei findet die Umsetzung an der Außenseite der Zelle statt, ohne vorherigen Transport der Substrate in die Zelle.  Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Ganzzellbiokatalyse dar, da der Transport des Substrats nicht limitiert ist. Dazu kommt, dass manche Essigsäurebakterien auch in hoch konzentrierten
Reaktionslösungen aktiv sind, was die Wirtschaftlichkeit deutlich erhöht.
Beispiele für den Einsatz solcher Umsetzungen liegen in der Synthese von
Vitamin C oder des Arzneimittels Miglitol, das für Diabetiker verschrieben wird. Allerdings ist mit den bereits etablierten biotechnologischen Verfahren das Potential dieser Organismen bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Mit diesem Projekt soll die Einsetzbarkeit von Essigsäurebakterien für biotechnologische Umsetzungen erheblich verbessert und erweitert werden, um ausgehend von Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen Ganzzellbiotransformationen mit noch nicht gekannter Effizienz durchzuführen.

Dieser neue, flexible Ansatz wird am Beispiel der Entwicklung von  verbesserten Stämmen und Verfahren zur Herstellung des Kohlenhydrats  Erythrulose aus der Alkoholverbindung Erythritol oder zur Umsetzung von Glukose zu Weinsäure demonstriert. Erythrulose kann in Kosmetika und Weinsäure in Pharmazie und Technik eingesetzt werden. Dieser Ansatz soll darüber hinaus zukünftig auch für die Stamm- und Prozessentwicklung zur Herstellung weiterer neuer Produkte anwendbar sein.

Dabei kommen neu entwickelte molekularbiologische Methoden zum Einsatz, mit denen zunächst die Vielzahl der bei Essigsäurebakterien vorkommenden membranständigen Dehydrogenasen entfernt werden. Anschließend sind nur die für die erwünschte biotechnologische Umsetzung relevanten Enzyme aktiv. Auf diese Weise können unerwünschte Nebenreaktionen vermieden, sowie die katalytischen Aktivitäten gesteigert werden. Die Entwicklung und physiologische Untersuchung der Stämme geht dabei Hand in Hand mit der Charakterisierung dieser Stämme unter technischen Bedingungen, um optimale und in den industriellen Maßstab skalierbare Produktionsverfahren gestalten zu können. Alle Verfahrensschritte werden nach dem Stand der Technik in geschlossenen Anlagen durchgeführt. Mit dem hier vorgestellten Vorhaben soll eine auf Essigsäurebakterien basierte neue Produktionsplattform für ein ganzes Spektrum niedermolekularer Produkte (organische Säuren, Aldehyde, Ketone) erarbeitet werden.









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Status:
laufend

Gründungsdatum:
07.2015

Ende:
06.2018