Biosynthese von Polyamiden

Einige Vertreter der Gattung Bacillus synthetisieren Poly(g-D-Glutaminsäure). Andere heterotrophe Bakterien und einige Cyanobakterien synthetisieren Poly(e-Lysin) bzw. das aus Asparaginsäure und Arginin bestehende Polyamid Cyanophycin. Die ribosomenunabhängige Biosynthese dieser Polyamide soll aufgeklärt werden, und es soll geprüft werden, ob Mikroorganismen neben den genannten noch andere Polyamide synthetisieren können. Die Gene zur Biosynthese von Cyanophycin aus Synechocystis sp. und vier weiteren Cyanobakterien (darunter auch ein thermophiler Stamm) wurden von der Arbeitsgruppe kloniert und das Enzym Cyanophycin-Synthase wird nun biochemisch und molekulargenetisch untersucht. Dabei wird auch die Substratspezifität der Cyanophycin-Synthetase im Hinblick auf die Synthese neuer Polyamide untersucht. Außerdem wird nach neuen Bakterien gescreent, die zur Synthese von Polyamiden befähigt sind. Es ist anzunehmen, dass das in der Natur vorhandene Potential zur Synthese dieser Polyamide, die über interessante Materialeigenschaften verfügen und für sehr unterschiedliche technische Anwendungen eingesetzt werden könnten, weit größer ist als bisher bekannt.

Auch in diesem Schwerpunkt werden wieder Polymermuster biotechnologisch produziert und interessierten Kooperationspartnern zur Verfügung gestellt. Hierfür kommt auch ein im Institut entwickelter Photobioreaktor mit einem Nutzvolumen von 80 l zum Einsatz. Außerdem wurden aerobe und anaerobe Bakterien isoliert, die Cyanophycin mit Hilfe extrazellulärer Cyanophycinasen spalten und als alleinige Kohlenstoffquelle zum Wachsen verwenden können.

Drittmittelgeber:

Bayer AG (Leverkusen), Bayer AG (Monheim)

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Alexander Steinbüchel, Dr. Fred-Bernd Oppermann-Sanio, Dr. Tran Hai, Dipl.-Ing. Herbert Ahlers, Dipl.-Biol. Kay M. Frey, Dipl.-Biol. Astrid Hoppensack, Dipl.-Biol. Martin Obst, Dipl.-Biol. Markus Pötter, Dipl.-Biol. Ingo Voß, El-Sayed Aboulmagd, Firat Atasoy, Francis Hezayen, Andreas Krug

Veröffentlichungen:

Hai, T., F.B. Oppermann-Sanio, A. Steinbüchel: Purification and characterization of cyanophycin and cyanophycin synthetase from the thermophilic Synechococcus sp. MA19, FEMS Microbiol. Lett. 181:229-236, 1999

Hai, T., H. Ahlers, A. Steinbüchel: Axenic cultivation of anoxygenic phototrophic bacteria, cyanobacteria and microalgae in a new closed tubular glass photobioreactor, Appl. Microbiol. Biotechnol. 53:383-389, 2000

Hezayen, F.F., B.H.A. Rehm, R. Eberhardt, A. Steinbüchel: Polymer prduction by two newly isolated extremely halophilic archaea: Application of a novel corrosion-resistant bioreactor, Appl. Microbiol. Biotechnol. 54:319-325, 2000

Aboulmagd, E., F.B. Oppermann-Sanio, A. Steinbüchel: Molecular characterization of the cyanophycin synthetase of Synechocystis sp. PCC6308, Arch. Microbiol. 174:297-306, 2000

Steinbüchel, A., B.H.A. Rehm, F. Hezayen, F.B. Oppermann-Sanio, W. Joentgen: (Anmelder: Bayer AG) Biotechnologische Herstellung von Polyglutaminsäure. Deutsche Patentanmeldung (June 2, 1998), Offenlegungsschrift DE 198 25 507 A1 (December 9, 1999)

Steinbüchel, A., T. Hai, E. Aboulmagd, F.B. Oppermann-Sanio, W. Joentgen: (Anmelder: Bayer AG) Biotechnologische Herstellung von Polyasparaginsäure und deren Modifikation. Deutsche Patentanmeldung (June 6, 1998) Offenlegungsschrift DE 198 25 509 A1 (December 9, 1999)

Steinbüchel, A., B.H.A. Rehm, F.F. Hezayen, F.B. Oppermann-Sanio, W. Joentgen: (Anmelder: Bayer AG) Biotechnological production of Polyglutaminic acid. Internationale Anmeldung nach PCT (May 20, 1999), Offenlegungsschrift WO 99/63106 (December 9, 1999)

Valentin, H.E., P.A. Berger, K.J. Gruys, M.F. de A. Rodriguez, A. Steinbüchel, M. Tran, J. Asrar: Polyhydroxyalkanoate accumulation by Burkholderia sp., Macromolecules 32:7389-7395, 1999

Pötter, M.: Herstellung von Polyaminosäuren aus Schweinegülle, Diplomarbeit Universität Münster, 1999

Obst, M.: Aufklärung der Funktion von an der Liponsäure-biosynthese beteiligten Genen und Konstruktion von Liponsäure-überproduzierenden Bakterienstämmen, Diplomarbeit Universität Münster, 2000

Voß, I.: Verwendung kostengünstiger Substrate zur biotechnologischen Herstellung technisch relevanter Produkte mit Mikroorganismen, Diplomarbeit Universität Münster, 2000