Fermentative Herstellung von monomerischen Phenylpropanoiden

• Antragstellerin: Dr. Kristina Haslinger
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung in 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299511745

Die nachhaltige Herstellung wertvoller chemischer Komponenten beruht oftmals auf pflanzlichen Naturstoffen, deren Bausteine durch den Abbau von Pflanzenmaterial in teuren, energieaufwändigen Prozess gewonnen werden. Zugleich ermöglichen es heutzutage die Fortschritte bei der genetischen Manipulation von Mikroben, in solchen Organismen de novo Synthesewege zu generieren. Diese Wege zu profitablen Ausbeuten zu optimieren kann jedoch Jahre dauern. Kürzlich wurden die ersten Syntheseschritte für monomerische Phenylpropanoide in Mikroben verwirklicht und somit die grundlegende Neusynthese dieser wertvollen Bausteine für die chemische Industrie in erreichbare Nähe rückt. Da jedoch sowohl die Ausbeute als auch die bisher gezeigte Diversität an Produkten weit hinter den natürlichen Pflanzenstoffwechselwegen zurückliegen, zielt das Projekt darauf ab, den bestehenden Syntheseweg auszubauen. Hierfür wurden diverse Ansatzpunkte gewählt, die die Verfügbarkeit von Synthesesubstraten, die Effizienz der einzelnen katalytischen Schritte und die Breite der Produktpalette verbessern werden.Da die Ausgangssubstanz des bestehenden Stoffwechselweges L-Tyrosin ist, werden verschiedene bakterielle Wirte untersucht werden, die aromatische Aminosäuren überproduzieren. Hierbei wird besonders Corynebacterium glutamicum im Fokus stehen, da dieses Bakterium traditionell bei der industriellen Herstellung von Aminosäuren verwendet wird. Weiterhin werden die folgenden katalytischen Schritte durch das Testen von alternativen Enzymen und Enzymkonstrukten optimiert werden. Besonders für den zweiten Schritt, der durch ein Cytochrom P450 katalysiert wird, werden Strategien entwickelt werden, die auch für andere Stoffwechselwege anwendbar sind, da die Aktivität dieser Enzyme häufig ein limitierender Faktor in Synthesewegen ist. Es wird ein modulares Expressionssystem entwickelt werden, das es erlaubt, das Enyzm mit seinen Interaktionspartnern zu kolokalisieren, um eine effiziente Katalyse zu ermöglichen. Zusätzlich wird der bestehende Syntheseweg um O-Methylierungsschritte erweitert werden, um das volle Spektrum natürlicher monomerischer Phenylpropanoide abzudecken, indem O-Methyltransferasen aus diversen Organismen funktionell charakterisiert werden. Auf diese Art und Weise werden die Enzyme nicht nur für den Phenylpropanoid-Syntheseweg, sondern auch für die Herstellung anderer Naturstoffe verfügbar gemacht. Zuletzt wird eine Methode zur Editierung von C. glutamicum Genomen entwickelt werden, basierend auf dem CRISPR/Cas9-System, die eine schnelle Integration von synthetischen Stoffwechselwegen in diesen Organismus und somit seine Verwendung für derartige Projekte erleichtern wird. Die hier beschriebene Studie wird also nicht nur zur Weiterentwicklung des Phenylpropanoid-Synthesewegs beitragen, sondern auch Methoden und Werkzeuge liefern, die unsere Möglichkeiten erweitern, Mikroben für die Herstellung von wertvollen chemischen Bausteinen heranzuziehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Kristala Prather, Ph.D.