m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

5 Untersuchungen zum Einfluss von
Glucoseaufnahmesystemen auf die
Produktion
Zur Produktion von L-Phenylalanin mit E. coli wurde von Gerigk ein Fermentationsprozess
im Zulaufverfahren entwickelt [Gerigk 2001]. Basierend auf diesem Prozess
wurden verschiedene prozesstechnische Ansätze zur Verbesserung des Prozesses und der
L-Phenylalanin-Produktion verfolgt. Daneben wurden unterschiedliche L-Phenylalanin-
Produzenten eingesetzt und die L-Phenylalanin-Produktion untersucht.
Für die Untersuchungen wurden Produktionsstämme mit Glucoseaufnahme über das
Phosphotransferase-System (PTS(+)) und Stämme mit Glucoseaufnahme über ein heterologes
System aus Zymomonas mobilis (PTS(-)) verwendet. Da bei der Glucoseaufnahme
über das Phosphotransferase-System Phosphoenolpyruvat (PEP) zu Pyruvat umgesetzt
wird, PEP aber gleichzeitig neben Erythrose-4-Phosphat (E4P) Vorläufermetabolit für die
Aromatenbiosynthese ist, ist eine Limitierung in der PEP-Bereitstellung vorstellbar (vgl.
Abschnitt 3.1.3). Dagegen wird bei Glucoseaufnahme über den Glucose-Facilitator aus
Zymomonas mobilis und Phosphorylierung der Glucose über eine ATP-abhängige Kinase
kein PEP verbraucht. Demzufolge sollte die Glucoseaufnahme über dieses heterologe System
theoretisch zu einer verbesserten Bereitstellung von PEP und damit L-Phenylalanin-
Produktion führen (vgl. [Valle u. a. 1996]).
5.1 L-Phenylalanin-Produktion mit einem Stamm mit
Phosphotransferase-System zur Glucoseaufnahme
Als Ausgangsbasis der Prozessentwicklung wurde eine Fermentation mit dem Produktionsstamm
E. coli 4pF81, bei dem die Glucoseaufnahme über das Phosphotransferase-System
erfolgte, durchgeführt. Teilweise wurde die L-Phenylalanin-Produktion mit diesem Stamm
bereits von Gerigk beschrieben [Gerigk 2001]. In dieser Arbeit erfolgten detailliertere Untersuchungen.
Einige grundlegende neue Ergebnisse werden in diesem Abschnitt dargestellt
und analysiert.
5.1.1 Fermentation mit dem Stamm E. coli 4pF81
Die Fermentation erfolgte im 20 l-Bioreaktor mit einem Anfangsvolumen von 7,5 l. Die Glucosekonzentration
wurde auf 5 g/l geregelt, die Prozessdauer betrug 50 Stunden (vgl. Abschnitt
4.3.4).
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