m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

5.4 Zusammenfassung
Die integrale Selektivität, insbesondere bei dem Stamm 4pF81, war mit einem Wert
von 17,5 mol/mol % nach 25 Stunden am höchsten und sank im weiteren Verlauf ab. Am
Ende der Produktionsphase wurde viel Acetat gebildet. Experimente im Sixfors vario, die
sich aufgrund der manuellen Glucoseeinstellung zeitweise in den Glucosekonzentrationen
unterschieden, hatten gezeigt, dass die Selektivität bei PTS(+)-Stämmen mit zunehmender
Glucosekonzentration abnahm [Rueping 2002]. Der Wert der integralen Selektivität
nach 25 Stunden könnte demzufolge wahrscheinlich dadurch aufrecht erhalten werden,
dass mit abnehmender L-Phenylalanin-Produktion die Glucosezufuhr entsprechend der
Kapazität der Zellen reduziert und damit eine Acetatproduktion vermieden würde. Eine
Steigerung der Selektivität wäre wahrscheinlich auch durch Verwendung einer Mischung
von Glucose und Pentosen wie Arabinose oder Xylose als Substrate möglich. Die Pentosen
werden über ATP-abhängige Permeasen in die Zellen aufgenommen, so dass der Zelle
mehr Phosphoenolpyruvat zur Verfügung steht. Bei gleichzeitiger Überexpression der
Transketolase konnte so die Selektivität der 3-Dehydroshikimat-Produktion gesteigert
werden [Li u. a. 1999].
Bei Bestimmung der theoretischen Selektivität war die Annahme, dass der Fluss durch
den Zitronensäurezyklus Null ist. Sowohl bei dem PTS(+)-Stamm als auch bei dem
PTS(-)-Stamm wurde jedoch ein großer Teil des eingesetzten Kohlenstoffs in Kohlendioxid
umgewandelt (vgl. Abb. 5.3 und Abb. 5.9). Viel Kohlendioxid wird in der Zelle über
den Zitronensäurezyklus gebildet, mit dem die Energieproduktion verbunden ist. Um die
Selektivität insgesamt zu erhöhen, wäre demzufolge eine Verringerung des Flusses in den
Zitronensäurezyklus, bzw. Erhöhung des Rückflusses durch Überexpression oder Deletion
der entsprechenden Gene sinnvoll.
Um Selektivitäten nahe der theoretischen Werte zu erreichen, müssten genetische
Veränderungen vorgenommen werden, wie beschrieben und die L-Phenylalanin-
Produktbildungsraten erhöht werden. Untersuchungen zu prozesstechnischen Einflüssen
auf die L-Phenylalanin-Produktion wie auch prozesstechnische Ansätze zur Verbesserung
der L-Phenylalanin-Produktion werden in den Kapiteln 6 und 7 vorgestellt.
5.4 Zusammenfassung
In diesem Kapitel wurde die L-Phenylalanin-Produktion mit Stämmen mit unterschiedlichen
Systemen zur Glucoseaufnahme, der Glucoseaufnahme über das Phosphotransferasesystem
(PTS(+)) bzw. über einen Glucose-Facilitator (PTS(-)), dargestellt. Der Einfluss
der Glucosekonzentration und der Induktion auf die Produktion mit dem PTS(-)-Stamm
wurden untersucht. Im Anschluss wurde die L-Phenylalanin-Produktion mit den unterschiedlichen
Stämmen einem Vergleich unterzogen.
• Mit dem PTS(+)-Stamm E. coli 4pF81 wurde eine L-Phenylalanin-Konzentration
von 206 mmol/l (34 g/l) erreicht. Als Nebenprodukte aus dem Aromatenbiosyntheseweg
wurden nur Shikimat und 3-Dehydroshikimat nachgewiesen. Bis zum Ende der
Fermentation wurde jedoch mit 380 mmol/l viel Acetat gebildet. Die Kohlenstoffbi-
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