SynTulip - Etablierung von Zellfabriken für eine neue Generation von Acrylaten

Abstract

Polymere spielen eine essenzielle Rolle für die Herstellung moderner und robuster Materialien in der Medizintechnik, Elektronikindustrie, Flugzeug- und Automobilbau, sowie der Kunststoffindustrie. Derzeit werden die Polymere und ihre Einzelbausteine (Monomere) zum Großteil durch petrochemische Prozesse hergestellt, nur ein geringer Anteil wird biotechnologisch produziert. Besonders interessant ist die Herstellung neuer Monomere, die den Polymeren verbesserte Eigenschaften verleihen, wie erhöhte Kratzfestigkeit, Temperaturtoleranz und Nachhaltige Produktion. Durch das Projekt SynTulip soll ein biotechnologischer Prozess für die Produktion eines neuen Monomers der Acrylsäure aus nachwachsenden Rohstoffen entwickelt werden. Acrylate werden derzeit meist durch petrochemische Prozesse produziert, welche nicht nachhaltig sind. Zusätzlich verwenden diese Synthesen toxische (KMR) Verbindungen, unter anderem Borohydrate, Tetrahydrofuran, konzentrierte Säuren, sowie teuren Katalysatoren. Während der Synthese müssen außerdem Schutzgruppen eingeführt werden, um eine unerwünschte Reduktion der funktionellen Seitengruppe von Acrylaten zu vermeiden. Bisher konnte kein Scale-up für diese Reaktionen gezeigt werden und es ist auch nicht davon auszugehen, dass chemische Syntheseverfahren sich zukünftig ökonomisch und ökologisch rentabel sind 1. Biologisch sind solche Bausteine bisher kaum zugänglich. In SynTulip soll eine biotechnologische Route für die Produktion eines solchen neuen Monomers etabliert werden, welche von nachwachsenden Rohstoffen, wie etwa Glucose startet, die mit hoher Atomökonomie in das finale Produkt umgewandelt werden sollen. Die generelle Machbarkeit dieser neuen Route konnten zuvor (und in der Sondierungsphase des Projekts) in vitro wie auch im Mikroorganismus E. coli gezeigt werden 4,5. In der Sondierungsphase wurden außerdem die einzelnen Schritte in der Biosynthesekaskade evaluiert, so dass der raten-limitierende Schritt identifiziert werden konnte. Dieses ratenlimitierende Enzym wurde ersten Runden des Enzyme Engineering unterworfen. Ebenso konnten Enzyme wie auch Metabolite im E. coli Produktionsstamm identifiziert werden, welche vermutlich mit dem Acrylat oder Intermediaten der Kaskade interagieren und somit den erreichbaren Titer verringern. Im Rahmen der Sondierungsphase wurde eine Marktanalyse durchgeführt und das Marktvolumen für Acrylate geschätzt. Basierend auf den Analysen wurden erfolgreich Gespräche mit industriellen, wie auch akademischen Partnern geführt. Für die nachfolgende Machbarkeitsphase konnte ein industrieller, wie auch ein akademischer Partner gewonnen werden.