Metabolomanalyse zur Untersuchung der Dynamik im ...

1. Einleitung
Die Nutzung der biologischen Stoffwechselleistung der Mikroorganismen durch den Menschen
hat eine lange Tradition, wobei die Entwicklung der ersten Herstellungsverfahren lediglich
auf empirischen Grundlagen beruhte. Die ersten biotechnologischen Produkte wie z.B. Bier,
Wein, Essig und Sauerteig waren bereits lange etabliert, bevor Antonie van Leeuwenhoek
1676 zum ersten Mal über die Entdeckung der ”ganz kleinen Thierchen” berichtete. Die
Fertigkeit zur Bierherstellung besaßen die Babylonier bereits um ca. 6000 Jahre v. Chr. [173]
und sie müssen zweifellos als Biotechnologen bezeichnet werden, da sie es verstanden, die
Biologie der mikrobiellen Stoffwechselleistung mit der Technologie eines Herstellungsverfahrens
zu verbinden. Die Unwissenheit, dass und in welcher Form der mikrobielle Stoffwechsel
an der alkoholischen Gärung beteiligt ist, schließt sie sicher nicht aus den Reihen der
Biotechnologen aus. Schließlich gibt uns der mikrobielle Stoffwechsel heute immer noch Rätsel
auf, obwohl er, vielleicht mehr denn je, zum Gegenstand aktueller Forschung geworden ist.
Die Europäische Föderation Biotechnologie definierte die moderne Biotechnologie als
die integrierte Anwendung von Natur– und Ingenieurwissenschaften mit der Zielsetzung,
Organismen, Zellen, Teile daraus und molekulare Analoge technisch zu nutzen. Der Einsatz
von Mikroorganismen in biotechnologischen Produktionsprozessen ist heute nicht mehr nur
in der klassischen Lebensmittelbiotechnologie zu finden, sondern auch in der Pharma– und
Futtermittelherstellung, sowie in der Umwelttechnologie zur Sanierung belasteter Böden.
Die Produktpalette ist vielfältig, und im Bereich der Aminosäureproduktion können z.B.
L–Glutamat (Geschmacksverstärker), L–Lysin und L–Threonin (Futtermittelzusatz) und
L–Phenylalanin genannt werden, das für die Herstellung des Zuckeraustauschstoffs Aspartam
benötigt wird. Daneben werden Enzyme, Vitamine, Antibiotika, Aromastoffe, Impfstoffe,
chirale Synthesevorstufen und viele weitere Produkte und Substanzklassen mit Hilfe der
Biotechnologie überhaupt erst verfügbar gemacht, oder biotechnologische Verfahren stellen
eine kostengünstigere Alternative zu den klassischen biologischen oder chemischen Verfahren
dar.
Die Gentechnik hat hier entscheidenden Einfluss gehabt. Mit der Entwicklung ihrer
Methoden war die Beeinflussung der Mikroorganismen auf molekularbiologischer Ebene
möglich. So konnten die natürlichen Eigenschaften des mikrobiellen Stoffwechsels so verändert
werden, dass die Produktionseigenschaften für ein gewünschtes Produkt gesteigert und
optimiert werden konnten. Die Gentechnik erlaubte aber nicht nur die Verbesserung der
im Mikroorganismus bereits vorhandenen natürlichen Produktionseigenschaften, vielmehr
konnten durch die Einbringung neuer DNA Abschnitte auch neue Syntheseeigenschaften
in den Mikroorganismus eingebracht werden. Heute wird z.B. Humaninsulin mit einem
rekombinanten E. coli Stamm hergestellt, wobei der natürliche Stoffwechsel von E. coli
dabei als Lieferant der für das Insulinmolekül benötigten Aminosäurebausteine fungiert.
Die Konstruktion eines Humaninsulin produzierenden E. coli Stammes in den 70er Jahren
ist sicherlich als Meilenstein zu bezeichnen, und 1982 kam dieses Humaninsulin als erstes
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