Die industrielle Anwendung biotechnologischer Prozesse zur Herstellung von Chemikalien ist vor allem aufgrund der hohen Spezifität von Enzymen interessant. Essigsäurebakterien wie Gluconobacter oxydans werden bereits industriell für regio- und stereospezifische Oxidationen mit membranständigen Dehydrogenasen genutzt. Dies hat gegenüber intrazellulären Enzymen den Vorteil, dass Substrat und Produkt nicht durch die Zellwand transportiert werden müssen.

Am Lehrstuhl für Mikrobiologie der Technischen Universität München (Prof. Liebl) ist es gelungen, die große Vielzahl membranständiger Dehydrogenasen in Gluconobacter oxydans gezielt auszuschalten und es wird daran gearbeitet, spezielle auf spezifische Oxidationen optimierte membranständige Dehydrogenasen einzubringen, so dass in der Zellmembran lediglich die für die gewünschte Stoffumwandlung erforderlichen Enzyme vorhanden sind. Damit können höhere Produktausbeuten und Umsetzungsgeschwindigkeiten erreicht werden.

Voraussetzung für technische Anwendungen von mikrobiellen Oxidationen ist allerdings eine effiziente und kostengünstige Versorgung der Essigsäurebakterien mit Sauerstoff im Bioreaktor. Tropfkörper-Biofilmreaktoren, bei denen Essigsäurebakterien auf der Oberfläche von Trägermaterialien immobilisiert werden, stellen die einfachste und kostengünstigste Methode zur Sauerstoffversorgung von Mikroorganismen dar. Das in Wasser gelöste Edukt wird als dünner Flüssigkeitsfilm über die immobilisierten Mikroorganismen geleitet, während die Gasphase (Luft) die kontinuierliche Phase darstellt.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll zunächst untersucht werden, wie die vom Projektpartner bereitgestellten, neuen rekombinanten Gluconobacter oxydans auf ausgewähltem Trägermaterialien immobilisiert werden können, um einen dünnen Biofilm auszubilden. Nachfolgend sollen in einem sterilisierbaren Tropfkörper-Biofilmreaktor im Labormaßstab Reaktionsbedingungen identifiziert werden, mit denen sich hohe Umsätze und Produktkonzentrationen erreichen lassen. Die Skalierbarkeit ausgewählter Biooxidationen (Biokatalytische Herstellung von funktionalisierten Polyalkoholen) mit immobilisierten Gluconobacter oxydans soll über geeignete Studien mit dem Tropfkörper-Biofilmreaktor im Labormaßstab und Simulationsstudien sichergestellt werden.

Diese Arbeiten werden im Rahmen des Verbundvorhabens PolyBioOx durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) finanziell unterstützt.