Terpenoide

Zu den isoprenoiden Verbindungen zählen unter anderem Terpene, Steroide, Carotinoide und Speicherlipide. Mit über 40.000 Verbindungen stellen Isoprenoide die größte Klasse der pflanzlichen Sekundärmetabolite dar. Ihre Struktur leitet sich vom C5-Grundbaustein Isopren ab. Die Verknüpfung, Modifizierung durch funktionelle Gruppen und Zyklisierung dieser Einheiten führt zur hohen Diversität dieser Moleküle. Sie nehmen in der Interaktion der Pflanze mit ihrer Umwelt eine Schlüsselrolle ein. Terpenoide wirken als Schutz vor biotischem und abiotischem Stress, zum Beispiel bei der Abwehr potenzieller Feinde oder unerwünschter Konkurrenten. Sie dienen den Pflanzen als Farbstoffe oder helfen als Lockstoff bei der Bestäubung und letztlich dadurch bei der Verbreitung von Früchten und Samen.
So vielfältig die Funktionen in der Natur, so breit ist auch ihr industrielles Anwendungsspektrum. Verbindungen mit hohem Molekulargewicht (C>25000), wie zum Beispiel Naturkautschuk werden in großem Umfang für die industrielle Produktion verschiedener Güter wie Reifen, Dichtungen, Matratzen, Schuhsohlen oder Kondome genutzt. Die industrielle Nutzung niedermolekularer Strukturen wie Mono , Di,- Sesqui- und Triterpenoiden reicht von Aroma- und Duftstoffen über Vitamine sowie als Bestandteile von Kosmetikprodukten oder Lebensmitteln bis hin zu Arzneimitteln.

Je nach Verbindungstyp und Anwendungsgebiet existieren verschiedene Strategien, um den stetig wachsenden Bedarf an ökonomisch relevanten Terpenoiden zu decken. Die Ernte von Pflanzen zur Gewinnung dieser wichtigen Metabolite als klassische Strategie kämpft mit unterschiedlichen Herausforderungen. So können abhängig von den Umweltbedingungen Zusammensetzung und Mengen variieren, zumal diese Metabolite vielfach ungleichmäßig verteilt in Pflanzen produziert und eingelagert werden. Hier greift die innovative Pflanzenzüchtung, mit deren Methoden aus Wild- Kulturpflanzen mit stabilen Erträgen entwickelt werden können. Alternativ werden Isoprenoide auch durch chemische Synthese aus petrochemischen Rohstoffen gewonnen, allerdings aufgrund der hohen Komplexität der Verbindungen oft gepaart mit geringen Ausbeuten. Die biotechnologische Herstellung besonders hochpreisiger Isoprenoide in Mikroorganismen bietet eine Reihe von Vorteilen wie vorhersehbare, stabile und ganzjährige Produktion, Skalierbarkeit sowie einfachere Extraktion und Aufreinigung. Allerdings müssen die Mikroorganismen optimiert werden, um eine nachhaltige Herstellungsweise zu ermöglichen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Biosynthese bis zum gewünschten Produkt abläuft und Engpässe der Biosynthese überwunden werden.

Für die maßgeschneiderte Produktion von Isoprenoiden verfolgt unsere Abteilung je nach Entwicklungs- und Verwertungskonzept sowohl die pflanzenbasierte als auch die heterologe, mikroorganismenbasierte Strategie.

Polyterpenoide

 

Naturkautschuk aus Löwenzahn

Triterpenoide

 

zielgerichte Biosynthese in Hefe