Moderne Methoden der Zellbiologie

VII: Biotechnologie (INHALT)

Stoffumwandlung mit Mikroorganismen

Bakterienkulturen können dazu verwendet werden, die Umwandlung einer Substanz in eine andere zu katalysieren. Man nennt diese mikrobiologische Stoffumwandlung Biotransformation oder auch Biokonversion. Ein Bespiel ist die Oxidation von Ethanol zu Essigsäure durch Essigsäurebakterien bei der Herstellung von Weinessig aus Wein.

Eine Reihe von Reaktionstypen können bei Einsatz geeigneter Mikroorganismen durchgeführt werden:

Oxidation
Reduktion
Decarboxylierung
Hydrolyse
Desaminierung
Aminierung
sowie komplexere Reaktionstypen

Gegenüber der Verwendung von Enzymen oder chemischen Katalysatoren hat der Einsatz von Mikroorganismen einige wichtige Vorteile:

Die Ausbeute kann annähernd 100% betragen, da keine u.U. keine Produkthemmung auftritt
Die Biotransformation kann ausgeprägte Selektivität zeigen. Hohe Substratspezifität, Stereospezifität sowie Regiospezifität (z.B. wird nur eine von fünf Hydroxylgruppen eines Hexose-Moleküls dehydriert) sind beschrieben worden.
Milde Betriebsbedingungen (neutraler pH, keine hohen Temperaturen oder Drucke) und keine schwer abbaubaren Hilfs- und Abfallstoffe.

Unten sind einige Beispiele für gut charakteriserte mikrobielle Stoffumwandlung gezeigt.

Die Oxidation von Naphtalin zu Salicylsäure durch Pseudomonas:
Die Reduktion von Nitrobenzol zu Anilin durch Hefen:
Die Desaminierung von Asparaginsäure zu Fumarsäure durch Escherichia coli

Die 11a-Hydroxylierung von Progesteron durch den Pilz Rhizopus arrhizus

Bei der Herstellung des Wirkstoffs Ephedrin, der gegen Asthma und Kreislaufschwäche eingesetzt wird, ensteht das Vorprodukt Phenylacetylcarbinol durch asymmetrische Kondensation von Benzaldehyd und Acetaldehyd, katalysiert durch die Hefe Saccharomyces cerevisiae.

Forschungszentrum Jülich