Novel bioreduction by hyperthermophilic microorganisms for the natural, specific and on-line production of fine chemicals

Hyperthermophile Mikroorganismen haben ein Wachstumsoptimum bei Temperaturen über 80°C. Die höchste bisher bekannte Wachstumstemperatur eines Mikroorganismus beträgt 117°C. Von großem wissenschaftlichen und industriellen Interesse sind vor allem die thermostabilen Enzyme, die von diesen extrem thermophilen Mikroorganismen produziert werden. Diese Enzyme weisen noch bei 120°C über längere Zeit Aktivität auf. Sie könnten z.B. bei der enzymatischen Stärkeverzuckerung für die Einsparung verfahrenstechnischer Schritte sorgen. Ein Anderes Aufgabengebiet dieser Enzyme könnte die Herstellung von Fein Chemikalien sein. Hyperthermophile anaerobe Mikroorganismen erzeugen im Fermenter eine stark reduzierende Umgebung. In dieser Umgebung können organische Säuren gezielt zu den entsprechenden Aldehyden und Alkoholen reduziert werden. Auch stereoselektive Umwandlungsschritte werden durch hyperthermophile enzymatisch katalysiert.

Zur Gewinnung der Enzyme müssen die extrem thermophilen Mikroorganismen zuerst zu hohen Zelldichten fermentiert werden, da die Enzymkonzentration häufig proportional zur Zelldichte ist. Bisher werden mit extremthermophilen Mikroorganismen nur sehr geringe Zelldichten erreicht, die etwa hundertmal kleiner sind als mit mesophilen Bakterien wie E.coli. Die Gründe für die geringe Zelldichte könnte eine Wachstumshemmung durch Substratlimitierung oder Stoffwechselprodukte sein. Die Dialyse-Fermentation unter Verwendung eines Dialyse-Fermenters oder externer Dialyse- bzw. Filtrationsmodule stellt eine Fermentationsvariante dar, bei der es möglich ist, frisches Substrat über die Membran in den Fermentationsraum permeieren zu lassen. Stoffwechselprodukte können ausdialysiert werden, so dass deren hemmende Konzentration unterschritten wird.

Verschiedene Substrate wurden auf eine mögliche Limitierung untersucht. Eine Produkthemmung durch die Hauptstoffwechselprodukte konnte ausgeschlossen werden. Vorhandene Nebenprodukte wurden ermittelt und ihre Hemmkinetik untersucht.

Stichwörter

• Dialysefermentation
• Thermophile Mikroorganismen