Biotechnologie der Terpene und Aromastoffe

Die Naturstoffklasse der Terpene (auch "Isoprenoide" genannt) umfasst eine faszinierende Vielfalt an bioaktiven Substanzen, von denen zahlreiche Moleküle großes Anwendungspotenzial besitzen, z.B. als Aroma- und Riechstoffe, Pigmente, Vitamine, Antioxidantien, Konservierungsstoffe für Lebensmittel und Kosmetika oder als pharmazeutische Wirkstoffe. In der Biosynthese der Terpene, die in Organismen aller Reiche existiert, werden zunächst nach einem einheitlichen Bauprinzip zumeist chirale Kohlenwasserstoff-Grundkörper gebildet, die in spezifischen Sekundärtransformationen in die diversen metabolischen Endprodukte überführt werden. Es liegt nahe, für eine technische Produktion dieser komplexen Strukturen auf die ausgeprägte Selektivität enzymatischer Reaktionen zu bauen, da die chemische Synthese häufig zu unspezifisch verläuft bzw. bei komplexeren Strukturen nur unter großem Aufwand, wenn überhaupt, zum Ziel führt. Ähnlich ist die Situation bei der Produktion von Aromastoffen im Allgemeinen. Auch hier sind Enzyme chemischen Katalysatoren häufig überlegen, wenn es beispielsweise um die regio- und/oder stereoselektive Funktionalisierung entsprechender Aromavorstufen geht. Hinzukommt, dass die biotechnologischen Produkte, die aus natürlichen Rohstoffen erzeugt wurden, als "natürliche Aromastoffe" im Lebensmittelsektor stärker nachgefragt werden als ihre chemisch synthetisierten "naturidentischen" Analoga. Viele der interessanten Zielprodukte gehen auf Terpenstrukturen zurück, die wie (+)-Limonen, α-Pinen oder 3-Caren in der Natur in großen Mengen vorkommen und dadurch günstig verfügbare chirale Ausgangsstoffe darstellen. Um die Terpene in Biotransformationen gezielt umwandeln zu können, müssen jedoch zahlreiche verfahrenstechnische und biologische Fragestellungen adressiert werden. Dazu gehören die Darreichung der hydrophoben und cytotoxischen Terpene in biologischen Reaktionssystemen, die Abtrennung inhibierender Produkte aus Bioprozessen oder die molekularbiologische Verbesserung der katalytischen Leistungsfähigkeit der verwendeten Mikroorganismen und Enzyme. Schließlich sind Methoden des Metabolic Engineering von zentraler Rolle, wenn es um die Biosynthese der Terpene und Aromastoffe in den Mikroorganismen mit dem Ziel einer verbesserten de novo Produktion geht.