Ein KAIST-Forschungsteam produziert erfolgreich mikrobiellen Kunststoff als Ersatz für Pet-Flaschen
Derzeit leidet die Welt unter Umweltproblemen, die durch Plastikmüll verursacht werden. Dem KAIST-Forschungsteam ist es gelungen, einen auf Mikroorganismen basierenden Kunststoff herzustellen, der biologisch abbaubar ist und die bestehenden PET-Flaschen ersetzen kann, so dass dieses Thema in aller Munde ist.
Abbildung. Überblick über die Produktion pseudoaromatischer Dicarbonsäuren mit Hilfe von metabolisch verändertem C. glutamicum.
KAIST Metabolic and Biomolecular Engineering National Research Laboratory
Foto. (Von links) Dr. Cindy Pricilia, Doktorand Cheon Woo Moon, Professorin Sang Yup Lee
KAIST Metabolic and Biomolecular Engineering National Research Laboratory
Unsere Universität gab am 7. November bekannt, dass es dem Forschungsteam von Distinguished Professor Sang Yup Lee vom Fachbereich Chemie- und Biomolekulartechnik gelungen ist, einen Mikrobenstamm zu entwickeln, der effizient pseudoaromatisches Polyestermonomer als Ersatz für Polyethylenterephthalat (PET) herstellt, und zwar mit Hilfe des Systems Metabolic Engineering.
Pseudoaromatische Dicarbonsäuren haben bessere physikalische Eigenschaften und eine höhere biologische Abbaubarkeit als aromatischer Polyester (PET), wenn sie als Polymere synthetisiert werden, und ziehen die Aufmerksamkeit als umweltfreundliches Monomer* auf sich, das zu Polymeren synthetisiert werden kann. Die Herstellung von pseudoaromatischen Dicarbonsäuren durch chemische Methoden hat das Problem, dass die Ausbeute und die Selektivität gering sind, die Reaktionsbedingungen komplex sind und gefährliche Abfälle anfallen.
*Monomer: Ein Material zur Herstellung von Polymeren, das zur Synthese von Polymeren durch Polymerisation von Monomeren verwendet wird.
< Abbildung. Entwicklung eines mikrobiellen Stammes zur Herstellung pseudoaromatischer Dicarbonsäuren >
Um dieses Problem zu lösen, hat das Forschungsteam von Professor Sang Yup Lee mit Hilfe des Metabolic Engineering einen Mikrobenstamm entwickelt, der fünf Arten von pseudoaromatischen Dicarbonsäuren effizient produziert, darunter 2-Pyron-4,6-dicarbonsäure und vier Arten von Pyridindicarbonsäuren (2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-Pyridindicarbonsäuren) in Corynebacterium, einem Bakterium, das hauptsächlich für die Aminosäureproduktion verwendet wird.
Das Forscherteam setzte Techniken des Metabolic Engineering ein, um einen mikrobiellen Plattformstamm zu entwickeln, der den Stoffwechselfluss von Protocatechusäure, die als Vorläufer für mehrere pseudoaromatische Dicarbonsäuren verwendet wird, verbessert und den Verlust von Vorläufern verhindert.
Auf dieser Grundlage wurde das Ziel der genetischen Manipulation durch eine Transkriptomanalyse entdeckt, wobei 76,17 g/l 2-Pyron-4,6-Dicarbonsäure produziert wurden, und durch die Neuentdeckung und Konstruktion von drei Arten von Stoffwechselwegen zur Produktion von Pyridindicarbonsäure wurden erfolgreich 2.79 g/l 2,3-Pyridindicarbonsäure, 0,49 g/l 2,4-Pyridindicarbonsäure und 1,42 g/l 2,5-Pyridindicarbonsäure.
Darüber hinaus bestätigte das Forschungsteam die Produktion von 15,01 g/L durch den Aufbau und die Verstärkung des 2,6-Pyridindicarbonsäure-Biosynthesewegs, wobei insgesamt fünf ähnliche aromatische Dicarbonsäuren mit hoher Effizienz erfolgreich produziert wurden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es dem Team gelungen ist, 2,4-, 2,5- und 2,6-Pyridindicarbonsäuren in der weltweit höchsten Konzentration herzustellen. Insbesondere die 2,4-, 2,5-Pyridindicarbonsäure erreichte eine Produktion in der Größenordnung von g/L, die zuvor in extrem kleinen Mengen (mg/L) hergestellt wurde.
Auf der Grundlage dieser Studie wird erwartet, dass sie in verschiedenen industriellen Prozessen der Polyesterproduktion Anwendung findet, und es wird auch erwartet, dass sie aktiv in der Forschung zur Herstellung ähnlicher aromatischer Polyester eingesetzt wird.
Professor Sang Yup Lee, der korrespondierende Autor, sagte: "Die Bedeutung liegt in der Tatsache, dass wir eine umweltfreundliche Technologie entwickelt haben, die ähnliche aromatische Polyestermonomere auf der Basis von Mikroorganismen effizient herstellt", und "Diese Studie wird dazu beitragen, dass die auf Mikroorganismen basierende Biomonomer-Industrie die auf Petrochemie basierende chemische Industrie in Zukunft ersetzen wird."
Die Ergebnisse dieser Studie wurden am 30. Oktober in der internationalen Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America (PNAS) veröffentlicht.
※ Titel der Arbeit: Metabolisches Engineering von Corynebacterium glutamicum für die Produktion von Pyron- und Pyridindicarbonsäuren
※ Angaben zum Autor: Jae Sung Cho (Co-Erstautor), Zi Wei Luo (Co-Erstautor), Cheon Woo Moon (Co-Erstautor), Cindy Prabowo (Co-Autor), Sang Yup Lee (korrespondierender Autor) - insgesamt 5 Personen
Diese Studie wurde mit Unterstützung des Projekts "Development of Next-generation Biorefinery Platform Technologies for Leading Bio-based Chemicals Industry" (Entwicklung von Plattformtechnologien für die Bioraffinerie der nächsten Generation) und des Projekts "Development of Platform Technologies of Microbial Cell Factories for the Next-generation Biorefineries" (Projektleiter: Professor Sang Yup Lee) von der National Research Foundation durchgeführt, die vom koreanischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie und ICT unterstützt wird.
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