Der wachsende Bedarf der Pharmaindustrie nach spezialisierten chemischen Zwischenprodukten wie L-2-Aminobuttersäure (L-ABA) treibt innovative Fertigungsverfahren voran. Stand bislang die chemische Synthese im Fokus, ermöglichen Metabolisches Engineering und fortschrittliche Fermentationstechnik heute eine neue Ära der biobasierten Produktion. Dabei dienen Mikroorganismen wie Escherichia coli (E. coli) als hochmoderne Bioraffinerien, die L-ABA nachhaltig und in Spitzenausbeuten erzeugen.

Die Umstellung von E. coli auf L-ABA-Produktion ist ein vielschichtiger, auf tiefem metabolischem Verständnis basierender Prozess. Forscher kartieren zunächst Gen- und Enzym-Netzwerke, die ausgereifte Vorläufersubstanzen — etwa l-Threonin — in L-ABA umwandeln. Entscheidend ist die Verstärkung spezifischer Enzyme, die hierzu essentielle Reaktionsschritte katalysieren.

Zentral sind zum Beispiel Threonindeshydratase (kodiert durch ilvA) und Leucin-Dehydrogenase (leuDH), welche die Umwandlung von Threonin in L-2-Aminobuttersäure vorantreiben. Durch gezielte Gen­amplifikation und den Einsatz stark regulierbarer Promotoren gewährleisten Wissenschaftler eine hohe Expressionsrate dieser Schlüsselenzyme – jedoch so, dass die zelluläre Belastung in optimaler Balance bleibt und die Ausbeute steigt.

Über die Primärsequenz hinaus verfeinern Ingenieure das Umfeld der Zelle. Dies umfasst das Blockieren konkurrierender Stoffwechselpfade, etwa durch die Deletion von ilvIH, wodurch mehr Precursor-Threonin für L-ABA verfügbar wird. Auch der Transport spielt eine Rolle: Durch das Ausschalten des Exports von Threonin – z. B. durch Ausschalten des rhtA-Cassetts – steigt die intrazelluläre Vorläuferkonzentration und damit die Endernte.

In hoch entwickelten Fed-Batch-Fermentern, bei denen Substrate und Nährstoffe kontrolliert zudosiert werden, gelingt daraufhin E.-Coli-Hochzellflüsse, bei denen über 9 g/L L-ABA dokumentiert wurden. Das Verfahren kombiniert dichte Biomasse mit optimaler Enzymaktivität und maximierter Produktbildung.

Das neue E. coli-Engineering markiert einen Paradigmenwechsel in der Feinchemieproduktion. Es bietet eine nachhaltige, umweltfreundlichere und oft kostengünstigere Alternative zur rein chemischen Synthese. NINGBO INNO PHARMCHEM CO.,LTD. treibt diese technologische Entwicklung aktiv voran und beliefert die Pharmaindustrie hochdosiert und gleichbleibend hochwertig mit L-2-Aminobuttersäure – hergestellt nach modernsten biotechnologischen Standards.