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 glutamicumProjektthema: 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
