Mikrobielle Verwertung von Lignozellulose-Hydrolysaten zur Produktion von Rhamnolipid-Biotensiden

Bakterien der Gattung Pseudomonas haben in den letzten Jahren verstärkt Anwendung in der Biotechnologie gefunden. Sie werden als Biokatalysatoren entwickelt, sind Wirte für die Produktion von Sekundärmetaboliten wie z. B. Biotensiden und dienen auch als innovative Expressionswirte für (Pharma-)proteine. Sie sind physiologisch, metabolisch und genetisch vielseitig und physiologisch äußerst robust was sie als breit einsetzbare Plattformorganismen qualifiziert. Zielmoleküle waren hier verschiedene Typen („Congenere“) von Rhamnose-Lipiden. Gegenüber Tensiden petrochemischen Ursprungs zeichnen sich Rhamnolipide dadurch aus, dass ihre Biosynthese auf Basis nachwachsender Rohstoffe erfolgt und sie vollständig biologisch abbaubar sind. Basierend auf rekombinanten Pseudomonas putida KT2440-Stämmen sollten Stämme konstruiert werden, die neben den Genen zur Rhamnolipidproduktion auch Stoffwechselwege für die Holzzuckerverwertung ebenfalls plasmidkodiert tragen. Die Rhamnolipidproduktion dieser Basisstämme mit reinen Holzzuckern (Xylose, Glucose, Arabinose, Mannose), idealisierten Mischungen und realen Hydro- lysaten wurden vergleichend analysiert. Beim Wachstum von P. putida KT2440 auf Holzzuckern entstehen erhebliche Mengen (bis zu 50 % des eingesetzten Zuckers) der entsprechenden Zuckersäuren (gemessen wurden Xylonat, Arabinoat und Mannoat), die in Mikroorganismen als „Dead-End“- Produkte gesehen werden, da sie nicht weiter benutzt werden können. Um die Effizienz einer Produktion von Rhamnolipiden auf Holzuckerbasis zu erhöhen, sollte die Bildung von Zuckersäuren minimiert wereden bzw. vollständig unterbunden werden. Auf Basis der langjährigen Erfahrungen bei der fermentativen Produktion von Rhamnolipiden wurden ähnlich leistungsfähige Fermentationsprozesse entwickelt, wie sie zuvor für die „konventionelle“ Herstellung der Rhamnolipide entwickelt wurden. Es sollten zum Projektende ein Prozess verfügbar sein, der die effiziente und vollständige Konversion von Holzuckern auch in realen Lignozelluose-Hydrolysaten bei gleichzeitig hoher Ausbeute an Rhamnolipiden ermöglicht. Ziel war hierbei als Proof-of-Con-cept eine Ausbeute von zunächst 5g pro Liter Fermentationsbrühe auf Holzzuckerbasis.