Untersuchungen zur biotechnologischen Synthese der Monolignole Kumaryl-, Coniferyl- und Sinapylalkohol

Abstract

Die Monolignole sollten in einem biotechnologischen Prozess synthetisiert werden. Zunächst wurde ein Stoffwechselweg ausgehend von Tyrosin in E. coli etabliert. Ein Konstrukt, das die Gene der tyrosine ammonia lyase, carboxylic acid reductase und cinnamoyl alcohol dehydrogenase wurde generiert. Die effiziente Kumarylalkoholbildung bestätigte die Aktivität des Genkonstrukts. Es wurde ein Prozess mit ruhenden Zellen etabliert. Niedrige Expressions- und erhöhte Reaktionstemperaturen sind vorteilhaft für die Produktbildung. Es wurde stets eine Produktivitätsstagnation festgestellt. Folgende Ursachen wurden ausgeschlossen: Substrat- und Cofaktorlimitierung, Verlust der Katalysatoraktivität, Akkumulationen toxischer Verbindungen, verminderter Metabolismus. Der Prozess wurde durch eine limitierte Substrataufnahme und die Produkttoxizität begrenzt. Es wurden 5 mM Kumarylalkohol, 12 mM Coniferylalkohol und 6 mM Sinapylalkohol synthetisiert. Die Reinigung der Monolignole fand statt.

The monolignols were supposed to be synthesized in a biotechnological process. First, a three step synthesis route starting from tyrosine was established in E. coli. A construct containing the genes for tyrosine ammonia lyase, carboxylic acid reductase und cinnamoyl alcohol dehydrogenase was generated. The efficient coumaryl alcohol production confirmed the activity of the gene construct. Low expression temeprature and high reaction temperature are beneficial for product formation. A stagnation of productivity was always observed. The following causes could be excluded: limitation of substrate or cofactors, loss of catalyst activity, accumulation of toxic compounds, reduced metabolism. The process was restricted by limited substrate import and product toxicity. The production of 5 mM coumaryl alcohol, 12 mM coniferyl alcohol and 6 mM sinapyl alcohol was successful. The monolignols were purified.