m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

5 Einfluss von Glucoseaufnahmesystemen auf die Produktion
Daher wurden Untersuchungen zur Produktion bei verschiedenen Glucosekonzentrationen
mit dem PTS(-)-Stamm 20pMK12 durchgeführt [Bujnicki 2001]. Bei den Fermentationen
wurden Glucosekonzentrationen von 0,5 g/l (≈3 mmol/l), 5 g/l (≈30 mmol/l) und
30 g/l (≈170 mmol/l) in der Produktionsphase eingestellt. Eine Konzentration von 0,5 g/l
lag in der Größenordnung des Km-Wertes, 5 g/l darüber. Mit 30 g/l wurde ein deutlicher
Überschuss eingestellt. Die Online-Glucosebestimmung erfolgte in diesen Experimenten
mittels Filtrationssystem und OLGA. Bei der Fermentation mit 0,5 g/l Glucose lag die
Glucosekonzentration am Anfang bei 6 g/l, um ausreichend Glucose zum Wachstum zur
Verfügung zu stellen. Nach 8,5 Stunden war 1 g/l Glucose erreicht und die Konzentration
wurde bis zum Ende der Wachstumsphase bei 1 g/l geregelt. Nach dem Ende der
Wachstumsphase nach 18 Stunden wurde sie auf 0,5 g/l geregelt. Bei der Fermentation mit
5 g/l Glucose in der Produktionsphase wurden am Anfang 15 g/l Glucose vorgelegt. Die
Regelung auf den Sollwert erfolgte ab t = 8 h. Bei der Fermentation mit 30 g/l Glucose
wurde diese Konzentration von Anfang an eingestellt (siehe Abb. 5.5). Die Produktion
wurde mit 10 µmol/l IPTG bei OD620=10-12 induziert. Bei der Fermentation mit 30 g/l
Glucose wurde aufgrund einer geringeren optischen Dichte der Vorkultur ≈ 2 h später
induziert. Die weitere Prozessdurchführung erfolgte wie in Abschnitt 4.3.4 beschrieben.
Wachstum des PTS(-)-Stamms 20pMK12 war auch ohne Induktion möglich. Das
hatten Wachstumsversuche in Schüttelkolben ergeben. Eine Induktorkonzentration von
10 µmol/l führte zu gutem Wachstum, eine Induktorkonzentration von 100 µmol/l hatte
jedoch negative Auswirkungen [Sprenger 2001]. Daher wurde in diesen Versuchen eine
Induktorkonzentration von 10 µmol/l IPTG gewählt. Wachstum ohne Induktion war nur
dadurch zu erklären, dass Glucose bei der hohen Glucosekonzentration von 6–30 g/l am
Anfang der Fermentationen im Medium möglicherweise diffusiv über die Membran aufgenommen
wurde oder der Ptac-Promotor möglicherweise nicht absolut dicht war, obwohl
der Inhibitor (lacI) ebenfalls über das Plasmid exprimiert wurde [Old und Primrose 1994].
Darüber hinaus war nicht auszuschließen, dass Glucose über andere Aufnahmesysteme in
die Zelle aufgenommen wurde (vgl. Abschnitt 3.1.2).
Glucose [g/l]
40
30
20
10
0,5 g/l 5 g/l 30 g/l
0
0 10 20 30 40 50
Zeit [h]
Abb. 5.5: Verlauf der Glucosekonzentrationen in Fermentationen des PTS(-)-Stammes
E. coli 20pMK12 bei verschiedenen Glucosekonzentrationen
76