Vergleich der Itaconsäureproduktion im natürlichen Stoffwechselweg in E. coli und der Konstruktion eines neuen Itaconsäure-Biosynthesewegs durch Einführung eines neuen künstlichen Enzyms. Die Itaconsäureproduktion stieg daraufhin an.

Stahlwerksgase werden in Biokunststoff umgewandelt

Publiziert

Ein koreanisch-spanisches Forschungsteam entwickelt ein Verfahren zur Massenproduktion von Itaconsäure unter Verwendung künstlicher Enzyme

Die Lieferung von Lebensmitteln macht es einfach, im Handumdrehen köstliche Speisen zu geniessen. Doch der Plastikmüll, der bei der Lieferung von Lebensmitteln anfällt, verschmutzt die Umwelt und bedroht unsere Zukunft. Eine Alternative ist Biokunststoff, der auch als biologisch abbaubarer Kunststoff bezeichnet wird. Biokunststoff, der aus umweltfreundlichen Rohstoffen hergestellt wird, emittiert während des Produktionsprozesses weniger Schadstoffe und hat natürliche Zersetzungseigenschaften. Vor kurzem hat ein koreanisch-spanisches Forschungsteam Biokunststoff aus Abfallprodukten der Gasfermentation von Stahlwerken hergestellt.

Mikroorganismus macht Massenproduktion
Im Rahmen gemeinsamer Forschungsarbeiten mit dem spanischen Center for Research in Agricultural Genomics (CRAG) hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Gyoo Yeol Jung, den Doktoranden Dae-yeol Ye und Jo Hyun Moon sowie Dr. Myung Hyun Noh vom Fachbereich Chemieingenieurwesen am POSTECH eine Technologie zur Erzeugung künstlicher Enzyme aus E. coli entwickelt. Im Rahmen der gemeinsamen Forschung gelang es dann, Itaconsäure, einen Ausgangsstoff für Biokunststoff, aus Essigsäure in E. coli in grossen Mengen zu produzieren.

Diese für ihre Bedeutung anerkannte Studie wurde kürzlich in der Rubrik "Editor's Highlights" der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Itaconsäure, die von Pilzen mit membranumschlossenen Organellen produziert wird, dient als Rohstoff für verschiedene Kunststoffe, Kosmetika und antibakterielle Mittel. Obwohl ihr weltweiter Marktwert in diesem Jahr auf rund 130 Mrd. KRW (91 Mio. USD) geschätzt wird, sind ihre Produktion und Nutzung aufgrund des komplexen Produktionsprozesses und der hohen Produktionskosten begrenzt.

Aus diesem Grund werden derzeit Studien zur Herstellung von Itaconsäure mit industriellen Mikroorganismen wie E. coli durchgeführt. Obwohl E. coli mit kostengünstigen Rohstoffen hergestellt werden kann und leicht zu kultivieren ist, waren für die Herstellung von Itaconsäure zusätzliche Rohstoffe oder Verfahren erforderlich, da es keine membranumschlossenen Organellen besitzt.

Mit Hilfe der Biosynthese entwickelte das gemeinsame Forschungsteam ein künstliches Enzym, das E. coli den Weg zur direkten Produktion von Itaconsäure ohne membranumschlossene Organellen ebnete. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass das neu entwickelte Enzym in E. coli zur Produktion von Itaconsäure eingesetzt werden kann. Mit dieser Technologie ist es nun möglich, eine mikrobielle Zellfabrik aufzubauen, die auf einfache Weise Itaconsäure aus billigen und verschiedenen Rohstoffen herstellen kann.

Schlüsseltechnologie
Dieses Forschungsergebnis wird als originäre Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Itaconsäure aus Nebenprodukten der Gasfermentation von Stahlwerken, Algen sowie landwirtschaftlichen und fischereilichen Nebenprodukten wie lignozellulosehaltiger Biomasse bewertet. Indem der Rohstoff aus der Petrochemie durch biosynthetisierte Itaconsäure ersetzt wird, dürfte die neue Technologie zu einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft beitragen und den Itaconsäuremarkt erheblich erweitern.

Literatur
Ye, Dy., Noh, M.H., Moon, J.H. et al. Kinetic compartmentalization by unnatural reaction for itaconate production. Nat Commun 13, 5353 (2022)

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