Bioökonomie International 2022: PiLacto - Methylotrophe Hefe Pichia pastoris als Plattform für die Produktion von Aromalactonen

Die intensive Nutzung von Biomasse für die Produktion wertvoller Wirkstoffe konkurriert mit der Nahrungsmittelproduktion. Dieser Wettbewerb kann durch die Nutzung von C1-Verbindungen wie Methanol für die Herstellung hochwertiger Chemikalien mit Hilfe von Mikroorganismen entschärft werden. Methanol ist ein günstiger Rohstoff und Energieträger mit grünem Potenzial. Methylotrophe Mikroorganismen und besonders die Hefe Pichia pastoris zeigen großes Potenzial für die Verwertung von Methanol als ausschließliche Energie- und Kohlenstoffquelle. Es gibt jedoch noch Herausforderungen bei der Optimierung des Methanol-Stoffwechsels für die Herstellung wertvoller Chemikalien. Das Ziel des deutsch-südafrikanischen Projektes PiLacto ist die Entwicklung von Pichia pastoris als mikrobielle Zellfabrik zur Produktion von - und d-Lactonen. Diese Lactone finden vielfältige kommerzielle Anwendungen als Geschmacks- und Duftstoffe. Da die Extraktion von Lactonen aus Pflanzen ökologisch bedenklich ist, und ihre chemische Synthese Übergangsmetallkatalysatoren und Peroxysäuren erfordert, bietet die selektive biokatalytische Hydroxylierung von bioverfügbaren Fettsäuren eine mögliche Alternative. Im Rahmen von PiLacto wird der deutsche Projektpartner (i) ausgewählte natürlich vorkommende Fettsäurehydroxylasen durch strukturbasiertes Protein-Engineering auf erhöhte Aktivität und gewünschte Regioselektivität optimieren und (ii) die ß-Oxidation im Stoffwechsel von P. pastoris verändern um die Anreicherung von C10- und C12-Fettsäuren zu ermöglichen. Die so optimierten Fettsäurehydroxylasen werden in P. pastoris Stämme mit erhöhter Fettsäureakkumulation zur Produktion von - und d-(Do-)decalactonen aus Methanol eingeführt. Die konstruierten P. pastoris Stämme können in der Zukunft als generische Plattform für die Synthese von aus C10- und C12-Fettsäuren gewonnenen Chemikalien wie Dicarbonsäuren oder Diaminen dienen.