Gentechnisch veränderte Escherichia coli-Zellen zur biokatalytischen Herstellung enantiomerenreiner Aminosäuren und sekundärer Alkohole

Abstract

Enantiomerenreine organische Verbindungen spielen in der pharmazeutischen Industrie als Wirkstoffkomponente oder in der Lebensmittelindustrie als geschmacksgebender Zusatz eine essentielle Rolle. Ihre Herstellung verläuft heutzutage zunehmend enzymatisch, da Enzymreaktionen oft die höhere gewünschte Enantio- und Stereoselektivität erreichen im Gegensatz zur ausschließlich chemischen Synthese. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass neben reinen Enzymreaktionen auch Mikroorganismen wie gentechnisch veränderte Escherichia coli-Zellen als sogenannte Ganzzellkatalysatoren geeignet sind, um enantiomerenreine Aminosäuren, wie das nicht natürlich vorkommende L-tert-Leucin und sekundäre Alkohole wie p-Chloracetophenon aus deren korrespondierenden Ketoverbindungen in industriell interessanten Konzentrationen herzustellen. E. coli verfügt dabei über Dehydrogenasen zur Ketoreduktion wie Alkoholdehydrogenase aus Rhodococcus erythropolis und über Dehydrogenasen zur Regenerierung des Kofaktors NADH wie Formiatdehydrogenase aus Candida boidinii, die unter Kontrolle des Rhamnosepromotors rekombinant gebildet werden. Es wurden ganze Zellen als Biokatalysatoren untersucht, ihr Einsatz optimiert und für verschiedene Anwendungen diskutiert.

In the pharmaceutical industry and food and beverage industry enantiomeric pure compounds play essential roles as active agents or flavouring additive. Nowadays, the production of enantiomeric pure substances is increasingly done enzymatically because of the significantly higher stereoselectivity compared to chemical synthesises. This dissertation shows that besides enzymatic reactions also microorganisms like genetically engineered Escherichia coli cells are able as so called ‘whole cell catalysts’ to produce enantiomeric pure amino acids like the unnatural L-tert-leucine and secondary alcohols like p-Chloracetophenon from their corresponding ketones or keto acids in industrially interesting concentrations. E. coli therefore disposes of dehydrogenases for the keto reduction like alcohol dehydrogenase of Rhodococcus erythropolis and of dehydrogenases for the regeneration of the cofactor NADH like formate dehydrogenase of Candida boidinii. All recombinant genes are expressed under control of the rhamnose promoter of E. coli. In this work whole cells as biocatalysts are investigated and their different applications optimized and discussed.