FACCE SURPLUS 1: BioC4 - Neues integratives und nachhaltiges Verfahren zur biologischen Synthese von wertvollen C4-Verbindungen aus C4-photosynthetischem Miscanthus; Teilprojekt Uni Frankfurt

In dem Verbundvorhaben BioC4 aus privaten und öffentlichen Europäischen Partnern soll ein industrieller Prozess zur fermentativen Herstellung von Bio-Isobutanol aus Miscanthus-Energiepflanzen sowie pflanzlichen Reststoffen entwickelt werden. Isobutanol ist eine vielversprechende Basischemikalie mit hohem Marktpotential, die zu anderen wertvollen Chemikalien umgewandelt oder als hochwertiger Biokraftstoff eingesetzt werden kann. Seine Herstellung mit Hilfe von rekombinanten Hefen als robusten Mikroorganismen ist ansatzweise gelungen, die bisher erreichten Produktionsraten und Ausbeuten genügen allerdings nicht den Anforderungen einer ökonomisch vertretbaren industriellen Herstellung. In diesem Teilprojekt sollen daher die Limitierungen der Isobutanol-Synthese in Hefen analysiert und Optimierungsmöglichkeiten entwickelt werden. Isobutanol kann in Hefen durch eine Kombination aus Valin-Biosynthese und -Abbau synthetisiert werden. Hefen vergären Zucker normalerweise über das Stoffwechselintermediat Pyruvat hauptsächlich zu Ethanol. Pyruvat ist aber auch das Ausgangssubstrat der Isobutanol-Synthese. Zur Steigerung der Isobutanol-Produktion wird daher zunächst durch genetische Modifikationen die Umwandlung von Pyruvat zu Ethanol blockiert. Danach soll die Einspeisung von Pyruvat in den Isobutanol-Weg verbessert und die Synthese anderer Nebenprodukte blockiert werden. Die einzelnen Enzyme des Isobutanol-Weges werden biochemisch charakterisiert und mittels genetischer Methoden optimiert. Ebenso wird die Redoxcofaktor-Balance angepasst. Letztendlich erfolgt eine Feinabstimmung des gesamten Biosynthese-Wegs zur weiteren Steigerung der Isobutanol-Produktionsraten und -Ausbeuten. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Steigerung der Isobutanol-Toleranz untersucht. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird letztlich ein industrieller Hefestamm entwickelt, der sowohl die Hexosen als auch Xylose in lignocellulosischen Hydrolysaten optimal zu Isobutanol vergären kann.