Fermentative Herstellung der Aminosäure L-Serin

Die Aminosäure L-Serin ist ein wertvoller Wirkstoff, der unter anderem für Infusionslösungen benötigt wird. Mit DBU-Unterstützung wurde ein Verfahren zu dessen biotechnologischer Herstellung entwickelt.
Maßgeschneiderte Mikroorganismen produzieren dabei – aus­gehend vom nachwachsenden Rohstoff Zucker – im industriellen Maßstab den pharmazeutisch-klinischen Wirkstoff L-Serin: Effizient und umweltverträglich unter den Bedingungen der Guten Herstellungspraxis (GMP). Damit sind die Nachhaltigkeit der Produktion und international verbindliche Qualitätsstandards miteinander kombiniert.

L-Serin Produktion durch Mikroorganismen
Bislang wird ein großer Teil des erzeugten L-Serins aus Rückständen der Zuckerindustrie oder aus proteinhaltigen Abfällen gewonnen. Dafür werden teilweise umweltbelastende Verfahren, wie beispielsweise Kochen mit konzentrierter Salzsäure, eingesetzt.
Um L-Serin umweltfreundlich und ressourcenschonend herzustellen, ist im Rahmen eines DBU-Projekts ein innovativer anderer Weg beschritten worden. Zur L-Serin Bildung wurde das Bakterium Corynebacterium glutamicum eingesetzt. Dieser überall verbreitete Bodenmikroorganismus wurde bislang vor allem zur Herstellung der Aminosäure L-Glutamat mit über 1 Mio. Jahrestonnen weltweit industriell genutzt.

Produktivitätssteigerung durch gezielte Stammverbesserung
Das Bakterium C. glutamicum bildet L-Serin nur in sehr geringen Mengen und ist daher für eine industrielle Produktion zunächst ungeeignet. Durch ge­zielte Anpassung von Stoffwechselreaktionen, sogenanntes »metabolic design«, gelang es Wissenschaftlern des Instituts für Biotechnologie 1 des Forschungszentrums Jülich, die natürlichen Kontrollmechanismen der L-Serinsynthese in C. glutamicum zu ver­ändern und damit eine Steigerung der Syn­theseleistung zu erzielen. Zusätzlich gelang es, den die Ausbeute verringernden innerzellulären Abbau von L-Serin in C. glutamicum wirksam zu verhindern und so einen für Produktionszwecke geeigneten Hochleistungsstamm zu schaffen.

Umweltfreundliche bio­technologische Produktion
Bei der Amino GmbH wurden die bioverfahrenstechnischen Parameter des großtechnischen Produktionsverfahrens sowie insbesondere die Produktaufarbeitung verbessert. Gewinnung und Aufarbeitung des L-Serins erfolgen durch Ionenaustausch und Kristallisation. Diese energie- und hilfsstoffarmen Operationen tragen maßgeblich zur Umweltverträglichkeit des gesamten Verfahrens bei.
Fazit: Ein ressourcen­schonendes und umweltverträgliches bio­tech­nologisches Ver­fahren zur effizienten L-Serin-Produktion in Pharmaqualität. Neben dem Einsatz des so erzeugten L-Serins als Pharmawirkstoff bietet die Amino GmbH L-Serin in verschiedenen Qualitäten auch für exklusive Kosmetik­anwendungen an.
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Bakteriums Corynebacterium glutamicum
Projektthema:
Mikrobielle Produktion der Aminosäure L-Serin unter besonderer Berücksichtigung der Ökobilanzierung

Projektdurchführung:
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Biotechnologie 1
Prof. Dr. Hermann Sahm
52425 Jülich
Telefon:02461 / 61-3294
Fax:02461 / 61-2710
h.sahm@fz-juelich.de
www.fz-juelich.de

Kooperationspartner
Amino GmbH, Frellstedt
www.amino.de