Fermentative Gewinnung
von Aminosäuren
und Vitaminen
mit Corynebacterium glutamicum
Corynebacterium glutamicum ist ein Gram-positives, nicht-pathogenes und schnellwachsendes Bodenbakterium mit großer biotechnologischer Bedeutung. Es wurde in den 50er Jahren in Japan als natürlicher Glutaminsäureproduzent entdeckt. Mittlerweile wurden für nahezu alle biogenen Aminosäuren und eine Reihe weiterer Substanzen wie Nukleotide und Vitamine fermentative Produktionsprozesse mit C. glutamicum und nahe verwandten Organismen entwickelt.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich auf vielfältige Weise mit der genetischen Analyse dieser Produktionsprozesse (Pühler und Kalinowski 1995). So werden hier beispielsweise genetische Methoden, wie Systeme zur Transposonmutagenese für diese Organismen, entwickelt (Tauch et al. 1995). Daneben wird das zirkuläre, etwa drei Megabasen große Chromosom von C. glutamicum physikalisch und genetisch kartiert (Bathe et al. 1996). Es wird an der Charakterisierung und Erkennung von C. glutamicum-Promotoren gearbeitet, und es werden zelluläre Kontrollmechanismen für die balancierte Aminosäuresynthese, wie z. B. die stringente Kontrolle, untersucht (Wehmeier et al. 1998). Als Produkt ist neben den Aminosäuren Lysin (Fernández-González et al. 1996), Threonin und Isoleucin auch das Vitamin Pantothensäure interessant. Die Pantothenatproduktion wird parallel in C. glutamicum und Escherichia coli untersucht. Daneben ist die Exkretion von Proteinen durch C. glutamicum Forschungsgegenstand.
Die etablierten Methoden, die genetische Datenbasis und das aus dieser Grundlagenforschung erwachsende Wissen über die Stoffwechselwege und ihre Regulation können zur Konstruktion effizienter Produktionsstämme eingesetzt werden. Daraus resultiert ein starkes Interesse der Industrie und internationaler Förderorganisationen (Europäische Gemeinschaft) an dieser Forschung. Die Arbeitsgruppe wird zur Zeit durch Forschungsprojekte der genannten Institutionen und durch das Graduiertenkolleg "Zelluläre Grundlagen biotechnologischer Prozesse" gefördert. Dabei gibt es Kooperationen mit dem Forschungszentrum Jülich, der Degussa AG und mit Arbeitsgruppen in Spanien, Frankreich und Irland.
In Zukunft soll das gentechnische Methodenspektrum im Hinblick auf Expressionsanalysen erweitert werden. Daneben sollen die etablierten Techniken auf weitere Aminosäure- und Vitamin-Biosynthesen Anwendung finden.
Corynebacterium
glutamicum (linker Bildteil) ist ein Aminosäure-produzierendes
Bodenbakterium. Typisch bei der Zellteilung sind V-förmige
Strukturen (links oben). C. glutamicum wird industriell zur
Aminosäureproduktion eingesetzt und dazu in Fermentern unter
strikter Kontrolle der Prozeß-bedingungen angezogen (rechter
Bildteil). Zur Zeit wird die DNA-Sequenz des C.
glutamicum-Chromosoms bestimmt. In der Bildmitte ist die
physikalische und genetische Karte des Chromosoms dargestellt.
Relevante Publikationen
B. Bathe, J. Kalinowski, and A. Pühler: The physical and genetic map of the Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 chromosome. Mol. Gen. Genet. 252, 255-265 (1996)
C. Fernández-González, J.A. Gil, L.M. Mateos, A. Schwarzer, A. Schäfer, J. Kalinowski, A. Pühler, and J.F. Martin: Construction of L-lysine overproducing strains of Brevibacterium lactofermentum by targeted disruption of the hom and thrB genes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 46, 554-558 (1996)
A. Pühler and J. Kalinowski: Molekulargenetik am Beispiel Aminosäure-produzierender Corynebakterien. BIUZ 25(4), 221-229 (1995)
A. Tauch, F. Kassing, J. Kalinowski, and A. Pühler: The Corynebacterium xerosis composite transposon Tn5432 consists of two identical insertion sequences, designated IS1249, flanking the erythromycin resistance gene ermCX. Plasmid 34, 119-131 (1995)
L. Wehmeier, A. Schäfer, A. Burkovski, R. Krämer, U. Mechold, H. Malke, A. Pühler, and J. Kalinowski: The role of the Corynebacterium glutamicum rel gene in (p)ppGpp metabolism. Microbiology 144, 1853-1862 (1998)
Kontakt
wiss. Leitung:
Dr. Jörn Kalinowski
EMail: