Establishment of a biocatalytic cascade in Synechocystis sp. PCC6803

Christian Waltl

doi:10.25365/thesis.75846

Title (eng)

Parallel title (deu)

Etablierung einer biokatalytischen Kaskade in Synechocystis sp. PCC6803

Author

Christian Waltl

Advisor

Florian Rudroff

Assessor

Florian Rudroff

Abstract (deu)

Nachhaltigkeit ist ein immer wichtiger werdendes Kriterium, das zukünftige industrielle Prozesse berücksichtigen werden müssen. Gegenwärtig verwendete Wirtsorganismen für die Herstellung von Chemikalien mit Mehrwert sind heterotroph. Eine mögliche Herangehensweise die chemische Industrie nachhaltiger zu machen wäre daher das Austauschen jener heterotrophen mit autotrophen Wirtsorganismen, was an Stelle von CO2 Freisetzung CO2 Bindung ermöglichen würde. Neuerdings sind Cyanobakterien, wie Synechocystis spp. 6803, als solche Wirtsorganismen im Kommen. Um diese neuen Wirtsorganismen zu nutzen, wurde eine biokatalytische Kaskade ausgehend von Carveol zu ε-Carvolacton in Synechocystis spp. PCC6803 eingeführt. Durch das Austauschen von Carveol mit 2-Cyclohexen-1-ol konnte ein anderes Produkt, nämlich ε-Caprolacton erschlossen werden. Beide Produkte können zu Polymeren weiterverarbeitet werden. Eine nähere Betrachtung der Produktion von ε-Caprolacton zeigte, dass eine Ausbeute von 50% und eine spezifische Aktivität von 5,45 units/g Zelltrockengewicht erreicht werden können. Dies konnte bereits zu 9,92 units/g Zelltrockengewicht verbessert werden, indem ein Stamm mit erhöhter NADPH Verfügbarkeit verwendet wurde. Diese Werte liegen, noch, weit unter den für eine industrielle Anwendung benötigten. Sie sind jedoch weiter optimierbar und dienen als Machbarkeitsnachweis.

Abstract (eng)

Sustainability is an ever more important criterion which future industrial processes will have to consider. Present host organisms for the generation of value-added chemicals are heterotrophic. A possible approach to make the chemical industry more sustainable would thus be the substitution of these heterotrophic hosts with autotrophic ones, advancing from CO2 release to CO2 capture. Recently cyanobacteria, such as Synechocystis spp. PCC6803, are emerging as such hosts. To put these new hosts into practice, a biocatalytic cascade for the conversion of carveol to ε-carvolactone was introduced into Synechocystis spp. PCC6803. Substituting carveol with 2-cyclohexen-1-ol, a different product, namely ε-caprolactone became accessible. Both products could be used to produce polymers. Assessing the production of ε-caprolactone more closely revealed a yield of 50% and a specific activity of 5.45 units/g of cell dry weight. This could already be improved to 9.92 units/g of cell dry weight using a strain with higher NADPH availability. This productivity is, yet, significantly lower than what is needed for industrial applications, but nonetheless remains optimizable and serves as a proof of concept.

Keywords (deu)

BiokatalyseCyanobakterienSynechocystisCarveolCarvonDihydrocarvonCaprolactonBiotransformationNachhaltigkeitEscherichia coli

Keywords (eng)

BiocatalysisCyanobacteriaSynechocystisCarveolCarvoneDihydrocarvoneCaprolactoneBiotransformationSustainabilityEscherichia coli

Subject (deu)

Molekularbiologie

Subject (deu)

Biochemische Reaktionen

Type (deu)

Masterarbeit

Persistent identifier

https://phaidra.univie.ac.at/o:2066452

DOI

10.25365/thesis.75846

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30656.57692.622278-7

URI

https://utheses.univie.ac.at/detail/71315

Extent (deu)

111 Seiten : Illustrationen

Number of pages

112

Study plan

Masterstudium Molekulare Biologie

[UA]

[066]

[834]

Association (deu)

Fakultät für Lebenswissenschaften

Title (eng)

Establishment of a biocatalytic cascade in Synechocystis sp. PCC6803

Parallel title (deu)

Etablierung einer biokatalytischen Kaskade in Synechocystis sp. PCC6803

Author

Christian Waltl

Abstract (deu)

Nachhaltigkeit ist ein immer wichtiger werdendes Kriterium, das zukünftige industrielle Prozesse berücksichtigen werden müssen. Gegenwärtig verwendete Wirtsorganismen für die Herstellung von Chemikalien mit Mehrwert sind heterotroph. Eine mögliche Herangehensweise die chemische Industrie nachhaltiger zu machen wäre daher das Austauschen jener heterotrophen mit autotrophen Wirtsorganismen, was an Stelle von CO2 Freisetzung CO2 Bindung ermöglichen würde. Neuerdings sind Cyanobakterien, wie Synechocystis spp. 6803, als solche Wirtsorganismen im Kommen. Um diese neuen Wirtsorganismen zu nutzen, wurde eine biokatalytische Kaskade ausgehend von Carveol zu ε-Carvolacton in Synechocystis spp. PCC6803 eingeführt. Durch das Austauschen von Carveol mit 2-Cyclohexen-1-ol konnte ein anderes Produkt, nämlich ε-Caprolacton erschlossen werden. Beide Produkte können zu Polymeren weiterverarbeitet werden. Eine nähere Betrachtung der Produktion von ε-Caprolacton zeigte, dass eine Ausbeute von 50% und eine spezifische Aktivität von 5,45 units/g Zelltrockengewicht erreicht werden können. Dies konnte bereits zu 9,92 units/g Zelltrockengewicht verbessert werden, indem ein Stamm mit erhöhter NADPH Verfügbarkeit verwendet wurde. Diese Werte liegen, noch, weit unter den für eine industrielle Anwendung benötigten. Sie sind jedoch weiter optimierbar und dienen als Machbarkeitsnachweis.

Abstract (eng)

Sustainability is an ever more important criterion which future industrial processes will have to consider. Present host organisms for the generation of value-added chemicals are heterotrophic. A possible approach to make the chemical industry more sustainable would thus be the substitution of these heterotrophic hosts with autotrophic ones, advancing from CO2 release to CO2 capture. Recently cyanobacteria, such as Synechocystis spp. PCC6803, are emerging as such hosts. To put these new hosts into practice, a biocatalytic cascade for the conversion of carveol to ε-carvolactone was introduced into Synechocystis spp. PCC6803. Substituting carveol with 2-cyclohexen-1-ol, a different product, namely ε-caprolactone became accessible. Both products could be used to produce polymers. Assessing the production of ε-caprolactone more closely revealed a yield of 50% and a specific activity of 5.45 units/g of cell dry weight. This could already be improved to 9.92 units/g of cell dry weight using a strain with higher NADPH availability. This productivity is, yet, significantly lower than what is needed for industrial applications, but nonetheless remains optimizable and serves as a proof of concept.

Keywords (deu)

BiokatalyseCyanobakterienSynechocystisCarveolCarvonDihydrocarvonCaprolactonBiotransformationNachhaltigkeitEscherichia coli

Keywords (eng)

BiocatalysisCyanobacteriaSynechocystisCarveolCarvoneDihydrocarvoneCaprolactoneBiotransformationSustainabilityEscherichia coli

Subject (deu)

Molekularbiologie

Subject (deu)

Biochemische Reaktionen

Type (deu)

Masterarbeit

Persistent identifier

https://phaidra.univie.ac.at/o:2067265