m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

3.2 Bioprozessentwicklung
[Backman u. a. 1990], [Konstantinov u. a. 1990], [Takagi u. a. 1996], [Grinter 1998],
[Weikert u. a. 1998], [Gerigk 2001], [Maaß 2001] eingesetzt, um nur einige Beispiele zu
nennen. Auf die Produktion mit rekombinanten E. coli wird im folgenden Abschnitt
genauer eingegangen.
3.2.6 Stand der fermentativen L-Phenylalanin-Produktion
Die fermentative Herstellung von L-Phenylalanin ist sowohl ökologisch als auch ökonomisch
sinnvoll, da kein Erdöl oder teuer synthetisierte Vorstufen wie bei enzymatischen Verfahren
oder Biotransformationen verwendet werden. Stattdessen werden der nachwachsende
Rohstoff Zucker und Ammoniak eingesetzt.
Die meisten Prozesse verwenden E. coli. Der Organismus weist höhere Wachstumsraten
als beispielsweise C. glutamicum auf [Park und Rogers 1987]. Die Regulationsmechanismen
im Stoffwechsel sind relativ gut bekannt und zur Kultivierung können einfache Medien
verwendet werden. Mit E. coli sind bislang die höchsten L-Phenylalanin-Konzentrationen
erreicht worden. Einige wichtige Größen aus der Literatur sind in Tab. 3.1 angegeben.
Von Foerberg u. a. wurde ein Fermentationsprozess im Zulaufverfahren mit einem
rekombinanten, L-Tyrosin-auxotrophen Stamm entwickelt. In der Wachstumsphase
wurde die DAHP-Synthase AroF durch hohe L-Tyrosin-Konzentrationen gehemmt.
Die Produktbildung erfolgte erst in der anschließenden Phase unter L-Tyrosin-
Limitierung und limitierter Glucosezufuhr mit ruhenden Zellen. Eine durchschnittliche
L-Phenylalanin-Glucose-Selektivität von 0,2 g/g (21,8 mol/mol %) wurde erreicht. Die
L-Phenylalanin-Konzentration lag jedoch nur bei 2,8 g/l [Foerberg und Haeggstroem 1987],
[Foerberg u. a. 1988], [Foerberg und Haeggstroem 1988].
Auf die Wildtyp-DAHP-Synthase AroF wird nicht nur durch L-Tyrosin eine Feedback-
Inhibierung ausgeübt, sondern auch durch unphysiologisch hohe L-Phenylalanin-
Konzentrationen, so die Annahme von Backman u. a. [Backman u. a. 1990]. Durch
Analog-Resistenz-Mutation mit toxischen Aminosäure-Analoga wurde ein Stamm mit
einer gegen Feedback-Inhibierung resistenten DAHP-Synthase (AroF*) isoliert. Damit
wurden in einem Prozess im Zulaufverfahren 50 g/l L-Phenylalanin in 36 Stunden produziert.
Dabei lag die L-Phenylalanin-Glucose-Selektivität bei 0,23 g/g (25,1 mol/mol %).
Tab. 3.1: Vergleich wichtiger Prozessgrößen von in der Literatur beschriebenen Fermentationsprozessen
zur L-Phenylalanin-Produktion mit E. coli
Autoren L-Phe Int. RZA Int. YP S
[g/l] [g/(l·h)] [mol/mol %]
Foerberg u. a. 1988 2,8 0,13* 21,8
Konstantinov u. a. 1990 46 0,85 17,4
Backman u. a. 1990 50 1,39* 25,1
Gerigk 2001 34 0,63 13,2
* Die Daten sind in dem Artikel nicht explizit angegeben, sondern
wurden aus vorliegenden Daten berechnet
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