Mikroorganismen als Bausteine für die chemische Industrie
Die chemische 3-Hydroxypropansäure (3-HP) ist die dritte wichtigste Substanz, die laut US-Energieministerium aus LCB hergestellt werden kann. Allerdings gibt es derzeit keine kommerziellen Möglichkeiten zur biologischen Herstellung von 3-HP, da die Rohstoffe teuer, die Ausbeuten niedrig und die Chemikalien toxisch sind. Das EU-finanzierte Projekt GEO-HPA (Development of a sustainable route to the important platform chemical 3-hydroxypropanoic acid using synthetic biology and a geobacillus chassis) sollte diese Probleme lösen und mit dem Bakterium Geobacillus eine biologische Methode zur Herstellung von 3-HP aus Lignocellulosebiomasse entwickeln. Geobacillus vermehrt sich bei Temperaturen zwischen 40 und 70°C und kann sowohl Hexose- und Pentose-Zucker als auch Oligomere aus LCB fermentieren. Die hohen Temperaturen reduzieren das Kontaminationsrisiko durch andere Mikroorganismen, machen das Verfahren durch niedrigere Kühlkosten bei der Fermentation rentabler und verleihen dem Wachstumsmedium bessere Eigenschaften. Die Forscher entwickelten daher einen Bioprozess für die großtechnische Produktion von 3-HP aus Zuckerverbindungen in Geobacillus thermoglucosidasius (GBT), und später wurde LCB als Ausgangsmaterial verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass das thermophile Bakterium GBT Glukose und Xylose metabolisieren kann, zwei wichtige Zuckerverbindungen in LCB. Der Organismus eignete sich unter mehreren Aspekten für die 3-HP-Produktion, etwa wegen des schnellen Zellwachstums und der Vermehrung von GBT, die mit E. coli vergleichbar sind. Im Gegensatz zu einigen anderen Organismen nutzt es auch nicht 3-HP als Kohlenstoffquelle oder baut es ab. Die Projektpartner generierten rekombinante GBT-Stämme für die Erzeugung von 3-HP aus Zuckern und erreichten einen kleinen Titer von 3-HP (3-5 Millimolar), an dem sich das Konzept demonstrieren ließ. Somit könnte GBT ein für die Produktion von 3-HP geeigneter Organismus sein, auch kann die 3-HP-Synthese gesteigert werden. GEO-HPA entwickelte eine rentable und nachhaltige Methode zur 3-HP-Produktion, was die Wettbewerbsfähigkeit der EU bei der biologischen Erzeugung von Chemikalien aus erneuerbaren Rohstoffen verbessern dürfte.
