Fermentative Production of Halogenated L-Tryptophan by Metabolically Engineered Corynebacterium glutamicum

Die Einleitung des Dokuments behandelt die Relevanz von funktionalisierten Aminosäuren, insbesondere von halogenierten Verbindungen wie 7-Chlor- und 7-Brom-L-Tryptophan. Diese Verbindungen sind entscheidend für die Herstellung bioaktiver Substanzen und finden Anwendung in der Agrarwirtschaft, der chemischen Industrie und der Pharmaindustrie. Es wird darauf hingewiesen, dass etwa 20 % der pharmazeutischen und 30 % der agrochemischen Verbindungen halogeniert sind. Die chemische Synthese dieser Verbindungen ist jedoch oft gefährlich und toxisch. Daher wird die mikrobielle fermentative Produktion als eine vielversprechende Alternative hervorgehoben. Diese Dissertation untersucht die fermentative Synthese von halogenierten L-Tryptophan und stellt die Eignung von Corynebacterium glutamicum als Produktionswirt heraus. Die Arbeit zielt darauf ab, die genetische Grundlage für die Produktion dieser Verbindungen zu schaffen und die Produktpalette durch die Erzeugung von Indol zu erweitern.

In diesem Abschnitt wird die Methodik zur Herstellung von halogenierten L-Tryptophan durch metabolisch optimierte Stämme von Corynebacterium glutamicum beschrieben. Die Überexpression der Gene für die FAD-abhängige Halogenase RebH und die NADH-abhängige Flavinreduktase RebF aus Lechevalieria aerocolonigenes ist ein zentraler Bestandteil der Methodik. Diese genetischen Modifikationen ermöglichen die Produktion von 7-Chlor-L-Tryptophan aus verschiedenen Kohlenstoffquellen, einschließlich nicht mit Lebensmitteln konkurrierenden Quellen wie Arabinose und Glucosamin. Die Ergebnisse zeigen, dass die Überexpression der Gene die Produktion signifikant steigert, was die Effizienz des Prozesses erhöht. Die Optimierung des Ribosomenbindungsbereichs von rebH führte zu einer weiteren Steigerung der Produktion auf bis zu 108 mg L-1 7-Chlor-L-Tryptophan. Diese Methodik stellt einen wichtigen Fortschritt in der weißen Biotechnologie dar.

Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass die fermentative Produktion von 7-Brom-L-Tryptophan durch die Zugabe von Natriumbromid zu einer Kultur mit niedrigem Chloridgehalt erfolgreich war. In einer Batch-Fermentation wurde ein Titer von 0,3 g L-1 7-Brom-L-Tryptophan erreicht, der durch eine optimierte Fed-Batch-Fermentation auf 1,2 g L-1 gesteigert werden konnte. Die Reinheit des Produkts wurde durch Umkehrphasen-Chromatographie sichergestellt. Zudem wurde die Rückkopplungshemmung der Anthranilat-Phosphoribosyltransferase durch die Expression von feedback-resistenten Genen überwunden, was zu verbesserten Produktionserträgen führte. Diese Ergebnisse belegen die Viabilität der mikrobiellen Produktion halogenierten L-Tryptophans und erweitern die Möglichkeiten der industriellen Anwendung in der Aminosäureproduktion.

Die Diskussion beleuchtet die praktischen Anwendungen der Ergebnisse und deren Bedeutung für die Biotechnologie. Die Fähigkeit von Corynebacterium glutamicum, halogenierte Verbindungen effizient zu produzieren, eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von bioaktiven Substanzen. Die Arbeit zeigt, dass die mikrobiellen Produktionsmethoden nicht nur umweltfreundlicher sind, sondern auch die Abhängigkeit von chemischen Synthesemethoden verringern können. Die Erweiterung des Produktportfolios um Indol durch die Implementierung verschiedener Tryptophanase-Enzyme zeigt das Potenzial für zukünftige Forschungsarbeiten und industrielle Anwendungen. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zur Nachhaltigkeit in der chemischen Produktion bei und bieten Ansätze für die Entwicklung neuer biotechnologischer Prozesse.