DSMZ-Wissenschaftlerin Yvonne Mast nutzt die Synthetische Biologie für die umweltfreundliche Herstellung von D-Phenylglycin
Einem Team um Professorin Yvonne Mast vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig ist es gelungen, einen wichtigen Baustein für Produkte der Pharmaindustrie, D-Phenylglycin, erstmals auf biosynthetischem Weg in Actinomyceten herzustellen. Ihre Ergebnisse publizierte die Leiterin der Abteilung Bioressourcen für Bioökonomie und Gesundheitsforschung jetzt im international renommierten Fachjournal Applied Microbiology and Biotechnology. Mit dem neu etablierten Syntheseweg eröffnet sich die Möglichkeit, wichtige Bausteine für Antibiotika, Süßstoffe oder Deodorants umweltfreundlich und ressourcenschonend zu produzieren.
Phenylglycin – essentieller Baustein für die Feinchemikalienindustrie
Phenylglycin ist eine seltene, nicht-proteinogene Aminosäure und kommt nur als Bestandteil von mikrobiellen Naturstoffen wie bestimmten Antibiotika vor. In der Natur liegt die Aminosäure als L-Phenylglycin (L-Phg) vor, viel interessanter für die industrielle Nutzung ist aber das stereoisomere D-Phenylglycin (D-Phg). Dies kommt aber nicht in der Natur vor und muss synthetisch erzeugt werden. D-Phg wird als Baustein zur Herstellung zahlreicher semisynthetischer ß-Lactam Antibiotika wie beispielsweise Ampicillin verwendet. Derzeit werden weltweit jährlich mehr als 5.000 Tonnen D-Phg auf konventionelle Art hergestellt. Dabei werden petrochemische Rohstoffe als Ausgangsmaterial eingesetzt und verschiedene Chemikalien und Lösungsmittel für die Herstellung verwendet.
Fermentative Produktion von D-Phenylglycin
Bei der fermentativen Produktion stellen Mikroorganismen definierte Substanzen her. Die Vorteile der Fermentation sind vielfältig: die Ausgangsstoffe sind meist erneuerbare Substrate wie Glukose (Traubenzucker) und die Endprodukte weisen eine hohe enantiomere (optische) Reinheit auf. Für ihre Versuche nutzten Professorin Mast und ihr Team Stretomyces pristinaespiralis, ein Bakterium, das zu der Gruppe der Actinomyceten gehört. Dieses Bakterium produziert natürlicherweise die Aminosäure L-Phg als Bestandteil des Antibiotikums Pristinamycin. Durch einen Synthetischen Biologie-Ansatz ist es der Arbeitsgruppe gelungen, den natürlichen L-Phg-Biosyntheseweg aus S. pristinaespiralis dahingehend zu modifizieren, dass eine Produktion des gewünschten D-Phg erfolgt. Der künstliche Biosyntheseweg kann nun auch zur Produktion in anderen Wirtsstämmen verwendet werden. „Die Produktionsraten sind zwar noch gering“, fasst Yvonne Mast zusammen „wir haben aber die Möglichkeiten des sogenannten Genetic Engineering noch nicht voll ausgeschöpft und forschen aktuell an einer Steigerung der Produktionsrate. Denn nur so ist die nachhaltige Produktion von solch vielfältig einsetzbaren Bausteinen wie D-Phenylglycin auch für die Industrie wirklich interessant.“
Die DSMZ ist eines der größten Bioressourcenzentren weltweit. Die Sammlung umfasst derzeit über 67.000 Kulturen, einschließlich über 35.000 verschiedene Bakterien- und 4000 Pilz-Stämme, 800 menschliche und tierische Zelllinien, 41 Pflanzenzelllinien, 1.400 Pflanzen-Viren und Antiseren und 13.000 verschiedene Typen genomischer Bakterien-DNA.
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