Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

ERA-IB 6: Biotechnologische Produktion von Monoterpenoiden (BioProMo)

Anschrift
DECHEMA Forschungsinstitut
Theodor-Heuss-Allee 25
60486 Frankfurt am Main
Kontakt
Dr. rer. nat. Jens Schrader
Tel: +49 69 7564-422
E-Mail schreiben
FKZ
22030615
Anfang
01.04.2016
Ende
31.07.2019
Ergebnisdarstellung
Die Idee von BioProMo ist eine einfache, aus 3 Schritten bestehende Synthese von (-)-Menthol ausgehend von (+)-Limonen aus Zitrusfrüchten zu etablieren. Dafür musste ein Enzym gefunden werden, dass (+)-Limonen an der richtigen Stelle in der richtigen Konfiguration oxidiert. In zwei Pilzen wurden bisher unbekannte Enzyme entdeckt, die Limonen gezielt zu einer wichtigen Zwischenstufe oxidieren können. Die aus den Pilzen stammenden Enzyme ließen sich nicht ohne weiteres in Bakterien produzieren, jedoch gelang es sie in Hefezellen zu produzieren und so Limonen zur Zwischenstufe zu oxidieren. In einem chemischen Verfahren wurde diese Zwischenstufe mit Palladium-basierten Katalysatoren erfolgreich zu (-)-Menthol hydriert und somit der Nachweis für die Durchführbarkeit dieses biotechnologischen auf nR basierenden Prozesses erbracht. Bezüglich der Synthese basierend auf Glycerin gelang es, einen bakteriellen Biokatalysator mit einem ungewöhnlichen Stoffwechselweg zu konstruieren. Dieser Stoffwechselweg hat die Eigenschaft, nicht mehr durch die eigenen Zwischenprodukte inhibiert zu werden. Dadurch ist der bakterielle Biokatalysator in der Lage, Glycerin in Limonen umzuwandeln, weitere Optimierungen sind nötig. Da sowohl Limonen als auch Menthol eine antibakterielle Wirkung haben, wurde ein Bakterium mit erhöhter Resistenz gegen diese Stoffe entwickelt. Dabei wurden weitere Erkenntnisse zu Resistenzmechanismen in Bakterien gewonnen. Um die antimikrobielle Wirkung der Produkte zu vermindern wurden dem bakt. Biokatalysator die Fähigkeit gegeben, die Produkte mit Hilfe von pflanzlichen Enzymen mit Zuckermolekülen zu verbinden. Im Zuge dieser Untersuchungen konnte ein Verfahren zur einfachen Identifizierung von pflanzlichen Enzymen, die Zuckerreste auf Terpene übertragen können, gefunden. Dem BioProMo-Konsortium ist es gelungen die Grundidee zur Ersetzung eines petrochemischen Prozesses durch einen auf nR basierenden biotechn. Prozess zur Produktion von Menthol zu untermauern.
Aufgabenbeschreibung
Menthol ist ein allgegenwärtiger essentieller Bestandteil von Mund- und Körperhygieneprodukten sowie Lebensmitteln und Pharmaprodukten. Natürliches Menthol wird durch Extraktion aus Minzpflanzen gewonnen. Da der weltweite Bedarf an Menthol so groß ist, dass die Produktionsmenge von natürlichem Menthol allein diesen Bedarf nicht decken kann, wird zusätzlich künstliches Menthol durch chemische Synthese basierend auf fossilen Rohstoffen gewonnen. Geraniumsäure ist eine antimikrobielle Substanz mit hohem Potenzial als natürlicher Duft-, KosmetikInhaltsstoff und Fungizid. Mit den Zielmolekülen Menthol und Geraniumsäure entwickelt das internationale BioProMo-Konsortium, bestehend aus dem DECHEMA-Forschungsinstitut (D), der Universität Wageningen (NL), dem Centre de Recerca en Agrigenomica (ES) und der Symrise AG (D), biotechnologische Nutzungswege für nachwachsende Rohstoffe im Sinne einer zukünftigen Bio-Ökonomie durch die Erschließung neuer Wertschöpfungsketten. Als nachwachsende Rohstoffe werden Limonen, das als Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Zitrusfrüchten anfällt bzw. Glycerin aus der Biodieselproduktion eingesetzt. Es werden dabei zwei Strategien verfolgt: 1. Biokonversion von Limonen zu einer Zwischenstufe mit anschließender chemischer Umsetzung zu Menthol 2. Biotechnologische Neusynthese von Limonen (bzw. Geraniumsäure) aus Glycerin mit anschließender Biokonversion von Limonen zu einer Zwischenstufe mit anschließender chemischer Synthese von Menthol Symrise, einer der Weltmarktführer bei der Produktion von Menthol, hat Interesse daran, seinen bestehenden, auf fossilen Rohstoffen basierenden, chemischen Prozess zur Produktion von Menthol durch einen nachhaltigen, kompetitiven und auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden biotechnologischen Prozess zu ergänzen und langfristig ggf. zu ersetzen.

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