Synthese von Feinchemikalien mit Mikroorganismen

Am Beispiel von E.coli -Zellen konnte gezeigt werden, dass der Aromatenbiosyntheseweg (Shikimisäureweg) in Bakterien erfolgreich zur Produktion von aromatischen Aminosäuren wie L-Phenylalanin, L-Tryptophan, p-Aminophenylalanin und Phenylglycin optimiert werden konnte. Ebenso konnten andere, von Chorismat abgeleitete Substanzen wie z.B. Violacein (über die Zwischenstufe L-Tryptophan) gewonnen werden. Weitere Untersuchungen betreffen die Gewinnung von aromatischen Substanzen mit dem Bakterium Corynebacterium glutamicum; hier gibt es eine langjährige Zusammenarbeit mit der Covestro AG (ehemals Bayer Material Sciences) im Rahmen eines von der FNR unterstützten Projekts (Bio4PurPro) zur Gewinnung von BioAnilin aus nachwachsenden Pflanzenrohstoffen. Sowohl bei E. coli als auch bei C. glutamicum zeigte sich dabei, dass die gezielte chromosomale Integration von Genen (z.T. in höheren Genkopienzahl) Vorteile gegenüber der Plasmid-basierten Expression hat.

In einem BMBF-Gemeinschaftsprojekt (ReCOgNice) mit Partnern aus Stuttgart (Prof. Takors, Prof. Sawodny) und von der Univ. Tübingen (Dr. Bonin) untersuchten wir Regulationsvorgänge der C-, O-, und N-Stoffwechselwege von E. coli-Zellen untersucht und konnten dabei eine große Anzahl an definierten E. coli-Stämmen als Reporter für verschiedene Stresszustände konstruieren. In langjährigen DFG-Projekten (gemeinsam mit Prof. D. Weuster-Botz, TU München) untersuchten wir zuerst die Produktion von L-Phenylalanin auf Basis von Glyzerin mit E. coli. In einem vor kurzem abgeschlossenen Fortsetzungsprojekt wurden Stämme, die L-Tryptophan bilden, untersucht. Ziel war die Aufklärung der Stoffwechseladaptation nach dem Wechsel des Wuchsmediums (Kurzzeitfermentationen) und bei z.B. Zufütterung von Shikimat. In Kooperation mit Prof. C. Wittmann (Universität des Saarlandes) hatten wir E. coli-Tryptophan-Produzenten für die Gewinnung von desoxy-Violacein erfolgreich eingesetzt. Diese Arbeiten werden derzeit im Rahmen des DFG-Schwerpunktprojekts (InterZell, SPP2170, in Kooperation mit dem IBVT, Prof. Ralf Takors) fortgeführt mit dem Ziel einer Gewinnung von Violacein mithilfe bakterieller Cokulturen (MiMiCry). 

Durch gezielte genetische Eingriffe in den Zentralstoffwechsel von E. coli -Zellen (Unterbrechung der Funktion der Phosphofructokinase) und durch Ausprägung einer Variante der Fruktose-6-Phosphat-Aldolase (FSA, Ala129Ser-Mutante) konnten wir kürzlich einen E. coli-Stamm gewinnen, der einen neuartigen Stoffwechselweg zu Dihydroxyaceton und Glyzerin aufweist.

In einem Projekt der Baden-Württemberg-Stiftung (BWS; Glykomik/Glykobiologie) untersuchten wir zuerst die biotechnologische Herstellung von fucosylierten Oligosacchariden („humane Milch-Oligosaccharide, HMO) mithilfe rekombinanter E. coli-Stämme. Dabei konnten wir z.B. 2´-Fucosyllactose und fucosylierte Lacto-N-tetraose herstellen. In einem weiteren (kürzlich abgeschlossenen BWS-Projekt) untersuchten wir gemeinsam mit Partnern an der Universität Tübingen und dem Leibniz-Zentrum/TU Braunschweig die Bildung von nicht-proteinogenen Aminosäuren wie z.B. Phenylglycin als Bausteine für die Produktion von Derivaten der Glykopeptid-Antibiotika Balhimycin oder Pristinamycin.

Publikationen zum Arbeitsgebiet Synthese von Feinchemikalien mit Mikroorganismen

Weitere Arbeitsgebiete:  C-C-Bindungen knüpfende Enzyme