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Ressourceneffiziente Produktionsverfahren für PHB-Biokunststoffe Ressourceneffiziente Produktionsverfahren für PHB-Biokunststoffe Samer Younes1, Dania Awad1, Norbert Mehlmer1, Thomas Brück1 1Fachgebiet Industrielle Biokatalyse (IBK), Department für Chemie, Technische Universität München Hintergrund Projektziele Biologischer Ursprung Biologisch Abbaubar Weit verbreitet in Baktieren Hohe Produktausbeute (60-90%/TM) Alternative zu erdölbasierten Kunststoffen Produktion von ataktischem Poly-(R/S)-3-hydroxybutyrat (P-R/S-3HB) aus erneuerbaren Ressourcen, die im Vergleich zu konventionellen erdölbasierten Kunststoffen ähnliche Eigenschaften besitzen und kostengünstig produziert werden können. E. coli Hohe Kristallinität Spröde und Streif Hoher Schmelzpunkt (170°C) Aufwendige und technisch schwierige Produktion Chirales Zentrum Wachstumsmedium Kleie-Hydrolysat Genetisch optimierter E. coli-Stamm zur Produktion von Designer PHB Verwendung von Pentosezucker Metabolischer Stoffwechselweg Biokatalytische Lactonisierung von 3HB alpha-Ketoglutarate Succinat + H2O + O2 + CO2 Xylose Zuckerzusammensetzung Hydrolysat Lipase induzierte Polymerisation Optimierung der D-Xylose Dehydrogenase Lipase Xylonate 2-keto-3deoxy-Xylonate Gylcolaldeyde Dahm Weg D-Xylose Dehydrogenase Aldolase CD6 & CD7 Moeity Pentosezuckeraufnahme mittels Fe(II)/alpha-Ketoglutarate abhängigen Dioxygenase ptsG Knockout alpha-Ketoglutarate Succinat + H2O + O2 + CO2 Pyruvate dehydratase complex Umleitung des Zuckerflusses Lipase AP6 Pyruvate ptsG knockout erlaubt die Pentosezucker-Aufnahme Zusammenfassung ß- Lactone Designer PHB durch Adaptierung des DahmWegs Acetyl-CoA Designer PHB Ringöffnungs-Polymerisation ß-ketothiolase Produktion von R-3HB durch rekombinante Ganzzellexpression Acetoacetyl CoA der ß-Ketothiolase und Acetoacetyl CoA reductase Acetoacetyl CoA Reduktase Hydroxybutyryl CoA Biokatalytische Lactonisierung PHB Polymerase Wachstum (OD=optische Dichte, schwarz) von E. coli in einem Wachstumsmedium das drei Zucker beinhaltet: Xylose (blau), Arabinose (lila), und Glukose (grün). Links: wildtyp E. coli. Rechts: ptsG Knockout. Thioesterase II von 3HB in ß-Lactone durch rekombinant exprimiertes Pla01 + CoASH Isotaktisches P(3HB) Lipase induzierte Ringöffnungs- ß-Hydroxybutyric Acid Kristallstruktur der Fe(II)/alpha-Ketoglutarate abhängigen Dioxygenase Technischer Ablauf Biologisch recycelbar Polymerisation (AP6) Progress EnzymBasierender Nachweis WP2: ptsG E. coli knockout Klonierung der Plasmide: ProzessOptimierung Genetisches Engineering pET T3-RX pET PlaO1 Technoökonomische Analyse Metabolische FluxOptimierung WP2. phbA und phbB Expressionsplasmid MedienOptimierung NMR-GC Quantifizerung von PHB WP4. PlaO1 Expressionsplasmid Literature Daum, M., et al. (2010). "Functions of genes and enzymes involved in phenalinolactone biosynthesis." Chembiochem 11(10): 1383-1391. Jarmander, J., et al. (2015). "Cultivation strategies for production of (R)-3-hydroxybutyric acid from simultaneous consumption of glucose, xylose and arabinose by Escherichia coli." Microbial Cell Factories 14. Dahms, A. S. (1974). "3-Deoxy-D-pentulosonic acid aldolase and its role in a new pathway of D-xylose degradation." Biochem Biophys Res Commun 60(4): 1433-1439. Technische Universität München (TUM) Department für Chemie Fachgebiet Industrielle Biokatalyse Lichtenberg Str. 4 85748 Garching bei München Germany Tel.: +49-89-289-13252 Fax: + 49 (89) 289-13255
