Getrieben von Nachhaltigkeit, Effizienz und dem Wunsch nach reduzierter Umweltbelastung setzt die chemische Industrie zunehmend auf biologische Verfahren zur Herstellung komplexer Moleküle. L-2-Aminobuttersäure (L-ABA) gilt als Schlüsselzwischenstufe in mehreren pharmazeutischen Prozessen und zeigt exemplarisch diese Entwicklung. War L-ABA früher rein chemisch synthetisiert worden, dominiert heute die Produktion über hocheffiziente mikrobielle Fermentation – ein Beweis für die Kraft der Metabolic Engineering.

Durch Metabolic Engineering lassen sich Mikroorganismen wie Escherichia coli (E. coli) zu kleinen Chemiefabriken umprogrammieren. Bei L-ABA bedeutet dies gezielte genetische Modifikationen zur Optimierung der Stoffwechselwege. Ziel ist es, die zellulären Prozesse so zu steuern, dass einfache und reichlich vorhandene Rohstoffe wie Zucker effizient in das gewünschte L-ABA umgewandelt werden. Dazu gehören sowohl die verstärkte Expression bestimmter Enzyme als auch das Blockieren konkurrierender Reaktionswege und die Verbesserung des Molekültransports in und aus der Zelle.

Die Forschung hat die Schlüsselenzyme identifiziert, die L-Threonin zu L-ABA umwandeln: Threonin-Dehydratase (kodiert von ilvA) und Leucin-Dehydrogenase (kodiert von leuDH). Erscheint die Überexpression dieser Gene – etwa mit speziell entwickelten Promotoren – in angepassten E.-coli-Stämmen, steigt die L-ABA-Ausbeute deutlich. Gleichzeitig müssen Mechanismen verhindern, dass das Vorläufermolekül Threonin durch den Isoleucin-Biosyntheseweg abgelenkt wird, etwa durch das Ausschalten des Gens ilvIH.

Die Entwicklung robuster Fermentationsprozesse ist mindestens ebenso entscheidend. Für industrielle L-ABA-Mengen hat sich die Fed-batch-Fermentation als Standard etabliert. Dabei werden Substrate und Nährstoffe kontrolliert während des Prozesses nachdosiert, wodurch optimale Bedingungen für Zellwachstum und Produktbildung aufrechterhalten werden. Unter Laborbedingungen lassen sich so Titer von bis zu 9,33 g/L L-ABA erzielen – ein klares Signal für die industrielle Praxistauglichkeit dieser biotechnologischen Methode.

Der Wechsel zu einer biobasierten L-2-Aminobuttersäure-Produktion bedeutet deutlich nachhaltigere und umweltfreundlichere Fertigung. Giftige Lösungsmittel und energieintensive Prozesse werden reduziert, während die hohe Spezifität biologischer Systeme oft eine überlegene Produktreinheit sicherstellt – essentiell für den Einsatz in Arzneimitteln.

NINGBO INNO PHARMCHEM CO.,LTD. treibt diese mikrobiellen Produktionsverfahren aktiv voran. Durch Innovationen in Metabolic Engineering und Fermentationstechnologie sichert das Unternehmen eine zuverlässige und nachhaltige Versorgung mit L-2-Aminobuttersäure und unterstützt die Pharmaindustrie auf ihrem Weg zu umweltfreundlicherer und effizienterer Produktion.