Microbial catalysis of renewable resources into aromatics via the central metabolic precursor phenylalanine

• Mikrobielle Katalyse von erneuerbaren Ressourcen in aromatische Verbindungen über die zentrale Stoffwechselvorstufe Phenylalanin

Otto, Maike; Blank, Lars M. (Thesis advisor); Wierckx, Nick (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2020)
Buch, Doktorarbeit

In: Applied microbiology 21
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XIII, 133 Seiten) : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Aromaten sind vielseitige chemische Verbindungen, die in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz kommen. Zurzeit werden die meisten Aromaten in petrochemischen Prozessen aus Rohölhergestellt, was mit der Erschöpfung fossiler Ressourcen und negativen Umweltauswirkungen einhergeht. Die mikrobielle Katalyse kann alternative Produktionskonzepte für Aromaten bieten, die erneuerbare Substrate nutzen und weniger Emissionen verursachen. Da viele Aromaten eineerhöhte Toxizität gegenüber Mikroben aufweisen, ist der Einsatz besonders robuster Wirtszellenerforderlich, um deren effiziente mikrobielle Produktion zu ermöglichen. Bakterien der Gattung Pseudomonas weisen eine besonders hohe, native Toleranz gegenüber toxischen Chemikalien auf und sind daher vielversprechende Kandidaten für die Produktion toxischer Aromastoffe. Das Ziel dieser Arbeit war die Domestizierung von Pseudomonaden für die Produktion verschiedener aromatischer Chemikalien. Die Anwendung rationaler metabolic engineering-Strategien, einschließlich der Deletion und Veränderung chromosomaler Elemente und der Überexpression heterologer Gene, führte zu Pseudomonas-Stämmen, die L-Phenylalanin effizient akkumulieren. Die Expression einer Phenylalanin-Ammoniaklyase aus der Pflanze Arabidopsisthaliana ermöglichte dann die Synthese des aromatischen Bausteins trans-Cinnamat mit Ausbeuten von bis zu 48% Cmol Cmol-1 unter Verwendung von Glycerin als einzige Kohlenstoffquelle. Diese Stämme wurden als Plattform für die Herstellung weiterer chemischer Verbindungen von industriellem Interesse verwendet. Eine Ferulasäure-Decarboxylase führte zur Synthese von Styrol, das in polymerisierter Form in verschiedenen Kunststoffprodukten eingesetzt wird. Zudem wurde das pflanzliche Polyphenol Pinosylvin durch zusätzliche Expression einer4-Cumarat-Ligase aus Streptomyces coelicolor und einer Stilbensynthase aus Arachis hypogaea hergestellt. Des Weiteren beschreibt diese Arbeit die Etablierung eines neuartigen Syntheseweges für die Produktion von Benzoat durch die Enzyme des Phenylpropanoid-Abbauwegs aus Corynebacterium glutamicum. Dies ermöglichte daraufhin die Produktion von Brenzcatechol und cis, cis-Muconat über native Enzyme. Darüber hinaus wurde ein Werkzeug zur gezielten Integration heterologer Elemente in ribosomale Operons von Pseudomonas etabliert. Hier ermöglichte die hohe Aktivität ribosomaler Promotoren in Kombination mit Transkriptmodulation durch synthetische Elemente hohe Expressionsraten fremder Gene. Das Werkzeug erlaubte zudem die Analyse der verschiedenen ribosomalen Operons im Stamm Pseudomonas putida S12.Zusammenfassend beschreibt diese Arbeit einen rationalen Ansatz für die Entwicklung nachhaltiger Prozesse zur Herstellung von L-Phenylalanin-basierten Chemikalien. Das neuartige Werkzeug für die heterologe Genexpression liefert einen weiteren Domestizierungsansatz für Pseudomonas und bringt diesen interessanten Wirtsorganismus damit einen Schritt weiter in Richtung industrieller Applikationen

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie [161710]