Zellfreie Enzymkaskade im Mikrofluidsystem für die optimierte biotechnologische Produktion von chemischen Grundbausteinen aus Reststoffen

Abb.: Simulation der zellfreien Synthese von nicht-proteinogenen Aminosäuren

Trotz bedeutender Fortschritte unterliegen viele biotechnologische Verfahren Limitierungen, die in erster Linie auf der Stabilität des verwendeten Organismus und der Funktionalität des Produktes beruhen. Durch die Übertragung von ausgewählten Stoffwechselschritten aus der Zelle in mikrostrukturierte Systeme und der Verwendung von Mikroprozess-Technologie sollen diese Limitierung überwunden werden. Dabei sollen vor allem die typischen Eigenschaften von Mikroreaktionssystemen (z.B. kleine Reaktionsvolumina, großes Automatisierungspotential, intensivierter Stofftransport, laminares Strömungsregime) ausgenutzt werden, um eine direkte Kontrolle der Reaktionsbedingungen und –zeit aus zu üben.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines mikrofluidischen Systems, das metabolische Enzymkaskaden steuerbar und effektiv nachbildet. Als Modellprozess soll der zweistufige Hydantoinase-Prozess zellfrei nachempfunden werden, bei dem aus 5-monosubstituierte Hydantoin-Derivaten optisch-reine Aminosäuren gebildet werden.

Es konnte gezeigt werden, dass der Prozess möglich ist. Der Stofftransport wurde charakterisiert, und der Aufbau optimiert.  

Abb.: schichtweiser Aufbau des Mikroreaktors (A) mit Mehrkanal-µ-Struktur(B) für einen verbesserten Stofftransport

Literatur:

Membrane-Supported Multichannel Microfluidic Solvent Extraction System.

Prechtl, C.; Kraut, M.; Franzreb, M.; Brenner-Weiß, G.; Dittmeyer, R.

2017. Chemical engineering & technology, 40 (4), 670-677. doi:10.1002/ceat.201600395

Caro Prechtl Dissertation, in Vorbereitung 2018