Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Verbundvorhaben: Bio- und chemokatalysierte Wege zu funktionalisierten Glycerinderivaten (MetaGlyc 2); Teilvorhaben 4: Biotechnologische Konversion von Glycerin zu 2-Amino-1,3-Propandiol (Serinol) und Glycerinsäure

Anschrift
Westfälische Wilhelms-Universität Münster - Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie
48149 Münster
Corrensstr. 3
Kontakt
Prof. Dr. Alexander Steinbüchel
Tel: +49 251 83-39821
E-Mail: steinbu@uni-muenster.de
FKZ
22005211
Anfang
01.09.2011
Ende
28.02.2015
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer Verfahren zur großtechnischen Produktion von Serinol in rekombinanten Mikroorganismen. Neben Arbeiten mit RtxA aus B. elkanii soll nach weiteren Enzymen gesucht werden, die zur Etablierung des Serinolsyntheseweges geeignet sind. Es soll außerdem nach neuen Wirtsbakterien, die zur heterologen Expression des Serinolsyntheseweges geeignet sind, gesucht werden. Ein Wirt mit einer natürlichen hohen Aminosäure-Synthese wie C. glutamicum würde sich anbieten.Die bisherigen Arbeiten der Universität Greifswald zur in vitro Synthese von Glycerinsäure sollen fortgesetzt werden. Parallel soll nach Stämmen gesucht werden, die Glycerinsäure sekretieren. Hierfür eignen sich vor allem Vertreter der Gruppe der Acetobacteraceae. Desweiteren wären Dehydrogenasen aus der verschiedenen Pflanzen die GA bilden, interessant. Zusätzliche sollten geeignete Expressionssysteme in Essigsäurebakterien etabliert werden. Zunächst werden Fermentationsprozesse im 2 l Serienfermenter untersucht und später auf 30 bzw. 500 l gesteigert werden. Die Effizienz beim Isolieren von Serinol soll durch neue Methoden verbessert werden. Auf Basis von Serinol sollen Strukturen evaluiert und mit ersten Synthesen von Derivaten begonnen werden. Als Produktionsstämme eignen sich vor allem verschiedene Acetobacter- und Gluconobacter-Sp. Zunächst werden Fermentationsprozesse im 2 l Serienfermenter untersucht. Nach erfolgreichen Tests, wird der Maßstab auf 30 bzw. 500 l gesteigert.
Ergebnisdarstellung
Im Vorhaben wurden biotechnologische Verfahren zur Herstellung der Glycerinsäure und des Aminoalkohols Serinol aus dem Rohstoff Glycerin erfolgreich entwickelt. Zum einen gelang die Produktion von bis zu 9,4 g/L Glycerinsäure in Acetobacter tropicalis, Gluconobacter frateurii und G. oxydans. Zum anderen wurde die Serinol-Synthese in neuen Synthesestämmen optimiert. Zur Herstellung von Glycerinsäure wurden als mögliche neue Produktionsstämme Acetobacter pomorum (DSM 11825), Acetobacter tropicalis (DSM 15551), Gluconacetobacter diazotrophicus (DSM 5601), Gluconobacter frateurii (DSM 7146), Gluconacetobacter intermedius (DSM 11804), A. aceti (DSM 3508), A. pasteurianus (DSM 2324), G. xylinus (DSMZ 2004), G. oxydans (DSMZ 46615) und G. oxydans (DSMZ 50049) untersucht. Letztendlich wurden A. tropicalis, G. frateurii und die G. oxydans Stämme für weitere Untersuchungen ausgewählt. Im Überstand der ausgewählten Stämme konnte eine Glycerinsäure-Konzentration zwischen 7,3 und 9,4 g/L detektiert werden. Die Ausgangsorganismen selbst wurden als homologe Expressionsorganismen getestet. Expressionsvektoren konnten mittels triparental mating in G. oxydans eingebracht werden. Zur Herstellung von Serinol wurden auf Basis eines optimierten Produktionsstammes verschiedene rekombinante Stämme hergestellt und hinsichtlich ihrer Produktivität untersucht. Im Ergebnis wurde mit 2 rekombinanten Stämmen eine Steigerung der Serinol-Akkumulation im Kulturmedium um mehr als 100 % erreicht. Insbesondere die Optimierung des rtxA-Gens auf genetischer Ebene zur heterologen Expression in Escherichia coli und Shimwellia blattae stellte sich als positiv heraus sowie die Optimierung der Kultivierungsbedingungen. So konnte nach einer Kultivierungsdauer von 67 bis 72 h aus der Kulturbrühe rekombinatner E. coli- und S. blattae Stämme, eine signifikant gesteigerte Serinolkonzentration isoliert werden.

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