Entwicklung eines synthetischen Stoffwechselwegs für die Kohlenstoff-konservierende Synthese von chemischen Wertstoffen aus Ethylenglykol

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Walther
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468358901

Aufgrund wachsender Umweltprobleme erhalten biochemische Prozesse zur Nutzung von Kohlendioxid (CO2) für die Synthese von chemischen Wertstoffen wachsende Aufmerksamkeit. Die aktuellen Technologien basieren auf einer (elektro)chemischen Reduktion von CO2 zu Synthesegas, Ameisensäure oder Methanol, welche als Substrate für mikrobielle Produktionsprozesse eingesetzt werden können. Methanol ist zurzeit die populärste C1-Kohlenstoffquelle für die Nutzung in Fermentationsprozessen. Die Implementierung und Optimierung von Methanol-assimilierenden Stoffwechselwegen in gentechnisch modifizierbaren Mikroorganismen wird jedoch dadurch erschwert, dass diese Stoffwechselwege eine große Überlappung mit dem natürlichen Metabolismus der Produktionsorganismen aufweisen. Diese Tatsache macht die Herstellung einer optimalen Stoffflussverteilung sehr kompliziert, da einerseits die Regeneration des Formaldehyd-Akzeptors, meist Ribulosemonophosphat oder Glycin, sichergestellt werden muss, und andererseits der assimilierte Kohlenstoff effizient zum Produkt umgewandelt werden soll. Um dieses Problem zu lösen, wurde vor kurzem ein synthetischer Stoffwechselweg vorgestellt, welcher Methanol über das charakteristische Zwischenprodukt Glykolaldehyd (GA) zu Acetyl-CoA umwandelt. GA wird dabei enzymatisch aus zwei Molekülen Formaldehyd synthetisiert, wodurch die Notwendigkeit der Regeneration eines Formaldehyd-Akzeptors elegant umgangen wird und ein linearer Aufbau des Stoffwechselwegs erreicht wird. Mit dem aktuellen Projektantrag wird ein weiterer von GA ausgehender synthetischer Stoffwechselweg beschrieben. Durch diesen Stoffwechselweg wird die kohlenstoffkonservierende Synthese des C4-Moleküls 2-Oxo-4-Hydroxybuttersäure ermöglicht, von dem eine Reihe chemischer Wertstoffe, wie zum Beispiel Threonin oder 2,4-Dihydroxybuttersäure, abgeleitet werden können. Der Stoffwechselweg umfasst vier Reaktionen, von denen zwei bisher nicht beschrieben wurden und die daher in diesem Projekt entwickelt werden sollen. Obwohl der vorgestellte Stoffwechselweg vollständig kompatibel mit der Nutzung von Methanol als Kohlenstoffquelle ist, soll seine Funktion anhand der Assimilation von Ethylenglykol (EG) gezeigt werden. Die technologischen Vorteile der Nutzung von EG anstelle von Methanol werden im Antrag beschrieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen