m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

8 Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurden verschiedene prozesstechnische Ansätze zur Verbesserung des
bestehenden Prozesses zur Produktion von L-Phenylalanin mit rekombinanten Escherichia
coli verfolgt. Die L-Phenylalanin-Produktion wurde mit unterschiedlichen Stämmen
untersucht. Weitere Untersuchungen wurden zum Einfluss von Prozessparametern sowie
zu Limitierungen oder Inhibierungen bei der L-Phenylalanin-Produktion durchgeführt.
Darüber hinaus wurde ein Verfahren zur Produktabtrennung mittels Reaktivextraktion in
Zentrifugalextraktoren zur Vermeidung einer Produktinhibierung und Verbesserung des
Produktionsprozesses entwickelt.
Basierend auf einem von Gerigk entwickelten Prozess wurden Fermentationen zur
L-Phenylalanin-Produktion im Zulaufverfahren im Rührkesselreaktor durchgeführt
[Gerigk 2001]. Dazu wurden rekombinante L-Tyrosin-auxotrophe E. coli Stämme mit
Deregulierungen im Aromatenbiosyntheseweg und plasmidkodierter Überexpression von
Enzymen aus dem Aromatenbiosyntheseweg verwendet. Die Glucose- und L-Tyrosin-
Zufuhr wurden geregelt. Das Verfahren zur Produktabtrennung wurde basierend auf
der Reaktivextraktion von L-Phenylalanin in Hohlfasermembranmodulen entwickelt
[Maaß 2001].
L-Phenylalanin-Produktion mit E. coli Stämmen mit unterschiedlichen
Glucoseaufnahmesystemen
Zur Identifizierung des am besten geeigneten Stamms für die L-Phenylalanin-Produktion
wurden Stämme mit unterschiedlichen Glucoseaufnahmesystemen stoffwechselphysiologisch
charakterisiert und die Produktion untersucht. Die Glucoseaufnahme erfolgte bei
dem Stamm E. coli 4pF81 über das Phosphotransferase-System (PTS(+)), bei dem
Stamm E. coli 20pMK12 über den Glucose-Facilitator aus Zymomonas mobilis (PTS(-)),
bei dem die Bereitstellung von Phosphoenolpyruvat, einem Vorläufermetaboliten der
Aromatenbiosynthese, verbessert sein sollte, da bei der Glucoseaufnahme kein Phosphoenolpyruvat
verbraucht wird.
Mit dem (PTS(+))-Stamm wurden in einer Fermentation 206 mmol/l (34 g/l)
L-Phenylalanin produziert. Am Ende der Fermentation war die Produktbildungsrate
nur noch gering und mit 380 mmol/l wurden große Mengen Acetat gebildet. Mit
dem PTS(-)-Stamm 20pMK12 wurden unter gleichen Prozessbedingungen 171 mmol/l
L-Phenylalanin produziert. Untersuchungen zum Einfluss der Glucosekonzentration auf die
L-Phenylalanin-Produktion mit dem Stamm 20pMK12 ergaben, dass für die Produktion
eine Mindestkonzentration oberhalb des Km-Wertes von 4,1 mmol/l notwendig war. Im Gegensatz
zur Produktion mit dem PTS(+)-Stamm 4pF81 war kein Überschussstoffwechsel
mit der Bildung von Acetat festzustellen, was auf eine geringere Glucoseaufnahmekapazität
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