Herstellung von biobasiertem Ethylbenzol durch Kaskaden‐Biokatalyse mit einer speziell entwickelten Photodecarboxylase

• Published in: Angewandte Chemie 2024-02, Vol.136 (8), p.n/a
• Main Authors: Qin, Zhaoyang, Zhou, Yi, Li, Zhi, Höhne, Matthias, Bornscheuer, Uwe T., Wu, Shuke
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Biokatalyse; Enzymkaskaden; Nachwachsende Rohstoffe; Photodecarboxylase; Protein-Engineering
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.202314566

Die Herstellung von chemischen Grundstoffen wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol (BTEX) aus erneuerbaren Ressourcen ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Die Biokatalyse ermöglicht die Ein‐Topf‐Mehrschritt‐Transformation von Bioressourcen unter milden Bedingungen, ist jedoch oft auf Biochemikalien beschränkt. Wir haben eine nicht‐natürliche Drei‐Enzym‐Kaskade für die Ein‐Topf‐Umwandlung von biobasiertem l‐Phenylalanin in Ethylbenzol entwickelt. Die geschwindigkeitsbestimmende Photodecarboxylase als Schlüsselenzym wurde einem strukturbasierten semi‐rationalem Engineering unterzogen und es wurde eine Dreifachmutante CvFAP(Y466T/P460A/G462I) mit einer 6.3‐fach höheren Produktivität erhalten. Mit dieser verbesserten Photodecarboxylase wurde ein optimiertes sequentielles E. coli Zwei‐Zellsystem‐Verfahren zur Umwandlung von l‐Phenylalanin in Ethylbenzol mit 82 % Umsatz entwickelt. Die Kaskadenreaktion wurde in die Fermentation integriert, um eine Ein‐Topf‐Bioproduktion von Ethylbenzol aus biobasiertem Glycerin zu erreichen. Dies zeigt das Potenzial der Kaskaden‐Biokatalyse in Kombination mit einem Enzym‐Engineering für die Produktion von biobasierten chemischen Grundstoffen auf. Die Herstellung von chemischen Grundstoffen aus erneuerbaren Ressourcen ist für eine nachhaltige Gesellschaft von entscheidender Bedeutung. Hier wird über eine nicht‐natürliche Drei‐Enzym‐Kaskade für die Eintopf‐Umwandlung von biobasiertem L‐Phenylalanin in Ethylbenzol mit bis zu 82 % Umwandlung berichtet. Das Schlüsselenzym, eine Photodecarboxylase, wurde semirational konstruiert, um die Produktivität zu steigern. Die Kaskade wurde in einen Fermentationsprozess integriert, um Ethylbenzol aus biobasiertem Glycerin zu gewinnen.