Untersuchung der L-Cystein-Biosynthese in Escherichia coli mit Techniken der Metabolom- und 13C-Stoffflussanalyse

Im Rahmen dieser Arbeit sollten E. coli Produktionsstämme untersucht werden, die die Aminosäure Cystein produzieren. In einer Kooperation mit einem Industriepartner wurden die wissenschaftlichen Methoden der Metabolomanalyse und der 13C-Stoffflussanalyse eingesetzt, um ein besseres Verständnis dieser Organismen zu erhalten. Zudem sollten damit gezielt Engpässe im Stoffwechsel aufgezeigt werden, die eine höhere Ausbeute verhindern. Mit der Metabolomanalyse konnte an drei Stellen im Biosyntheseweg von Cystein gezeigt werden, dass hier ein solcher Engpass zu vermuten ist. So ist der erste Metabolit dieses Biosyntheseweges in zu geringer Konzentration vorhanden, eine enzymatische Reaktion (vor Serin) ist nicht aktiv genug und am Ende der Biosynthese von Cystein liegt ebenfalls ein Engpass. Für diesen letzten Engpass ist kein einzelnes Enzym zu nennen, da hier mehr als 11 Enzyme in dem Cystein Regulon beteiligt sind. Mit der 13C-Stoffflussanalyse konnte gezeigt werden, dass ein sehr hoher NADPH-Bedarf bei den Cystein produzierenden Zellen vorliegt. Dieser ist durch die Reduktion von Schwefel im Cystein-Biosyntheseweg bedingt. Mit diesen beiden Werkzeugen der Systembiologie konnten konkrete Ziele zur Verbesserung der Produktionsstämme aufgezeigt werden. Es konnte ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge dieser E. coli Stämme erreicht werden.