Dokument 2.pdf - OPUS-Datenbank - Universität Hohenheim

3.2 Biotransformationen
Aufbauend auf diesem Modell postulierten Gonzalez et al. (1972), den Abbau von Ethylenglycol
über Glycolat in einem nicht näher charakterisierten Wildtypisolat (ATCC
27042). Child et al. (1978) zeigten in Flavobacterium NCIB 11171, dass der Abbau
von Ethylenglycol über das Zwischenprodukt Glycolaldehyd verläuft. Zudem stellten
sie eine Überoxidation von Glyoxylsäure zu Oxalat fest (Child et al., 1978). Insgesamt
konnten in Pseudomonas sp. drei unterschiedliche Wege zum Abbau von Glyoxylat
identifiziert werden, wovon einzig der Weg über Glycerat ein Wachstum auf Glyoxylat
als einziger Kohlenstoffquelle erlaubte (Kornberg et al., 1959; Kornberg et al., 1961a;
Bailey et al., 1966).
Die Relevanz dieser drei Wege für die Umsetzung von Glyoxylsäure wurde durch Inaktivierung
der maßgeblichen Enzyme von Li et al. (2010) in Pseudomonas putida JM37
untersucht. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde in dieser Arbeit Pseudomonas putida
KT2440 auf seine Eignung für die Biokatalyse von Glyoxylsäure aus Ethylenglycol
untersucht.
3.2.2 Lösungsmitteltoleranz in Mikroorganismen
In den im Folgenden vorgestellten Teilprojekten „Biotechnologische Herstellung von
Butanol“ und „Biotechnologische Herstellung von Vanillin“ kommt der Resistenz der
verwendeten Mikroorganismen gegenüber den Syntheseprodukten (aber auch Edukten)
eine zentrale Bedeutung zu. Sowohl Butanol als auch Vanillin wirken in höheren Konzentrationen
stark toxisch auf Mikroorganismen, was in direktem Zusammenhang mit dem
jeweiligen Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten (log P O/W ) steht. Entscheidend für
die Toxizität ist dabei die Einlagerung des Lösungsmittels in die Plasmamembran und
deren daraus resultierenden Veränderungen (Sikkema et al., 1994; Weber et al., 1996).
Diese reichen von einer Änderung der Membranpermeabilität über einen möglichen
Zusammenbruch des Protonengradienten bis hin zu Änderungen des Ladungszustandes
der Zelle. Ein Anstieg des log P O/W führt jedoch nur in einem engen Bereich (zwischen
1 und 4) auch zu einem Anstieg der Toxizität. Substanzen, die einen höheren log P O/W
aufweisen (wie z.B. Dodecanol 5,3), erreichen aufgrund ihrer schlechten Löslichkeit in
wässrigen Lösungen keine ausreichend hohe Konzentration in der Membran. Substanzen
mit einem geringen log P O/W wie Ethanol (log P O/W 0,32) sind nicht ausreichend
lipophil, um bevorzugt in Membranen zu akkumulieren (Weber et al., 1996) und wirken
ggf. nur in hohen Konzentrationen toxisch. Dieser Zusammenhang zwischen log P O/W
und Toxizität gilt für Alkanole und Aromaten gleichermaßen. Sowohl Butanol (log P O/W
0,9) als auch Vanillin (log P O/W 1,2) sind daher als für Mikroorganismen toxisch anzusehen.
Um eine Akkumulation dieser Substanzen in der Membran zu verringern bzw. die
hierdurch ausgelösten Effekte zu kompensieren, greifen Mikroorgansimen auf eine Reihe
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