Prozessentwicklung und Prozessintensivierung zur fermentativen Produktion eines nichtribosomalen Peptides mittels einer multifunktionalen Megasynthase

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein fermentativer Prozess zur Produktion eines nichtribosomalen Peptids (Rhabdopeptid – RXP) sowie ein dazugehöriges Aufreinigungsverfahren entwickelt. Der Stamm Escherichia coli DH10ß erwies sich in Verbindung mit einem Arabinosepromotor zur Regulierung der Expression der VietABC-Synthase als vielversprechender Produktionsstamm. Die statistische Versuchsplanung war ein wiederkehrendes Element, das in Form von Screenings zur Bestimmung von signifikanten Einflussfaktoren und der Optimierung von Prozessen mittels Wirkungsflächenversuchsplänen genutzt wurde. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung und prozesstechnischer Maßnahmen konnte die initiale RXP-Konzentration im Schüttelkolbenmaßstab von 2,73 ± 0,83 mg L-1 stetig gesteigert werden, was letztendlich zu einer Produktkonzentration von 309 ± 54,13 mg L-1 im Fed-Batch-Modus führte. Zusätzlich wurde eine in situ Produktabtrennung in den Prozess integriert, die den Aufwand des Aufreinigungsprozesses reduzierte. Aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften waren die meisten untersuchten Aufreinigungsverfahren, darunter Größenausschluss-, Ionenaustausch- und Hydrophobeinteraktionschromatographie, ungeeignet das RXP und die Nebenprodukte der VietABC-Synthase voneinander zu trennen. Das einzige Verfahren mit ausreichender Selektivität war die präparative UHPLC. Dabei wurde die Auflösung mittels statistischer Versuchsplanung auf 2,36 ± 0,02 gesteigert. Als Resultat der hohen Auflösung konnte das Produkt nahezu vollständig wiedergewonnen werden, was dazu führte, dass nach dem finalen Prozessschritt der Aufreinigung 81,7 ± 8,4% des Produkts mit hoher Reinheit isoliert werden konnten.