Enzymtechnik
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Abstrakt

Überexpression der L-Arabinose-Isomerase zur Herstellung des kalorienarmen Süßstoffs D-Tagatose

Monika Van Holsbeeck, Efstathia Tsakali, Evelien Syryn, Guido Aerts, Jan Van Impe und Ilse Van de Voorde

Hochzelldichtekultivierungen bergen ein großes Potenzial für die Produktion rekombinanter Proteine ​​in Mengen, die die in natürlichen Ressourcen verfügbaren Mengen bei weitem übersteigen. Ein interessantes Beispiel für ein rekombinantes Protein ist eine L-Arabinose-Isomerase, die D-Galactose in den kalorienarmen und glykämischen Süßstoff D-Tagatose umwandeln kann. Im Rahmen dieser Studie wurde die L-Arabinose-Isomerase aus Geobacillus stearothermophilus intrazellulär in Escherichia coli exprimiert. Das Kultivierungsmedium enthielt Glucose, Hefeextrakt und verschiedene Makro- und Mikronährstoffe. Der Einfluss des Luftstroms auf das Wachstum von E. coli und die Expression der L-Arabinose-Isomerase wurde untersucht. Nach 52 Stunden wurden durch Regulierung des Luftstroms zwischen 0,2 und 30 L min-1 eine optische Dichte und ein Trockenzellgewicht von 154 ± 4 bzw. 54,8 ± 1,3 g L-1 erreicht. Es wurde eine entsprechende L-Arabinose-Isomerase-Aktivität von 6,99 ± 0,46 U mL-1 erreicht. Ein Nachteil der Hochzelldichtekultivierung ist die Produktion des Nebenprodukts Essigsäure, die das Wachstum hemmen kann. Allerdings wurde die Essigsäurekonzentration während der Fermentation so niedrig wie möglich gehalten, um die dieser Verbindung innewohnenden hemmenden Wirkungen zu vermeiden. Mit der produzierten L-Arabinose-Isomerase wurde ein Umwandlungsprozentsatz von 37,1 ± 1,5 % erreicht, was 94,9 ± 3,7 g L-1 D-Tagatose entspricht. Die Durchführung einer Hochzelldichtekultivierung führte also zu einer effizienten Expression des L-Arabinose-Isomerase-Enzyms und zur D-Tagatose-Produktion. Auch die Lagerstabilität der Zellen wurde über mehrere Monate bei 4°C untersucht. Während mindestens 8 Monaten Lagerung bei 4°C wurde ein stabiles L-Arabinose-Isomerase-Enzym festgestellt.