Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Metabolisches Engineering von Mikroorganismen zur Produktion von Isopren

Piyush Sethia, Manmeet Ahuja, Vidhya Rangaswamy*

Isopren ist eine industriell wichtige Verbindung mit fünf Kohlenstoffatomen, die hauptsächlich zur Herstellung von hochwertigem synthetischem Gummi verwendet wird. An der Isoprensynthese sind zwei Hauptwege beteiligt. Der Mevalonatweg ist in Eukaryoten, Archaebakterien und im Zytosol höherer Pflanzen vorhanden, während der Nicht-Mevalonatweg in vielen Eubakterien und Plastiden in Algen/Pflanzen vorkommt. Seit mehr als einem halben Jahrhundert gibt es kontinuierliche Bemühungen, das Phänomen der biologischen Produktion von Isopren zu untersuchen und zu verstehen. Obwohl die derzeitige Machbarkeit und der Kostenvorteil chemischer Prozesse, die zur Produktion von Isopren führen, bei weitem nicht durch einen geeigneten biologischen Ersatz dominiert zu sein scheinen, weckt die Angst vor dem Aussterben nicht erneuerbarer Ressourcen (Rohmaterial für chemische Prozesse) in naher Zukunft enorme Erwartungen in der Gemeinschaft der synthetischen Biologie. Technologische Fortschritte auf dem Gebiet des Stoffwechsel-Engineerings haben es möglich gemacht, Gene zwischen verschiedenen Organismen stark zu modifizieren und auszutauschen und die Grenzen für Mikroorganismen zu verschieben, um Isopren in enormem Umfang zu überproduzieren. Dieser Bericht geht auf die Einschränkungen ein, die bei der Verbesserung der Isopren-Titer auftreten, und auf die sorgfältigen Strategien, die zu ihrer Überwindung eingesetzt werden. Er analysiert aktuelle Ansätze, die zu einer deutlichen Verbesserung des biologisch hergestellten Isoprens geführt haben, fasst die daraus gewonnenen Erkenntnisse zusammen und stellt eine umfassende Liste potenzieller Genziele zusammen, die künftige Forschung auf diesem weitreichenden Gebiet erleichtern könnten.