Systems biotechnology for sustainable biocatalytic production of (S)-styrene oxide

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Die Ganzzellbiokatalyse hat das Potenzial, die steigende Nachfrage nach ökologisch und ökonomisch effizienten Produkten und Prozessen zu erfüllen. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, sind effektive Entwicklungsstrategien erforderlich. In dieser Arbeit wird ein systembiotechnologischer Ansatz vorgestellt, der sowohl die Reaktions- als auch die Biokatalysatorebene berücksichtigt. Dieser Ansatz wurde zur Entwicklung der asymmetrischen Styrolepoxidierung mit rekombinanten Escherichia coli verfolgt. Die Zweiphasenbiotransformation wurde optimiert, was zu einer Verdopplung des (S)-Styroloxidtiters auf 72.6 g Lorg -1 führte. Eine Analyse ergab, dass der Bioprozess im Vergleich zu drei chemischen Alternativen die niedrigsten Produktionskosten (10.2 $ kg-1) aufwies. Ökologisch wurde die verwendete organische Trägerphase als kritisch bewertet, wobei ein Austausch von Bis(2-ethylhexyl)phthalat durch Ethyloleat eine 13%ige Reduktion der Umweltbelastung ermöglichen könnte. Glyzerin erwies sich als wenig attraktiv als Energie- und Kohlenstoffquelle, könnte jedoch bei Preisschwankungen an Bedeutung gewinnen. Ruhende Zellen zeigten hohe Produktausbeuten, sind jedoch aufgrund ihrer Instabilität noch nicht praktikabel. Der Pseudomonas sp. Stamm VLB120 zeigte eine erhöhte Resistenz gegen toxisches Styroloxid, jedoch auch niedrigere Aktivitäten. Eine metabolische Flussanalyse offenbarte eine Konkurrenz um NAD(P)H, die zu limitierten Epoxidierungsr