Terpenoide

Strukturvielfalt und biologische Funktionen

Zu den Isoprenoiden zählen unter anderem Terpene, Steroide, Carotinoide und Speicherlipide. Mit über 40.000 Verbindungen stellen sie die größte Klasse der pflanzlichen Sekundärmetabolite dar. Ihre Struktur leitet sich vom C5-Grundbaustein Isopren ab. Die Verknüpfung und Modifizierung dieser Einheiten durch funktionelle Gruppen sowie ihre Zyklisierung führt zur hohen Diversität dieser Moleküle.
Terpenoide spielen eine Schlüsselrolle in der Interaktion der Pflanze mit ihrer Umwelt . Sie wirken als Schutz vor biotischem und abiotischem Stress, zum Beispiel bei der Abwehr potenzieller Feinde oder unerwünschter Konkurrenten. Darüber hinaus dienen sie den Pflanzen als Farbstoffe oder helfen als Lockstoff bei der Bestäubung und letztlich bei der Verbreitung von Früchten und Samen.

Industrielle Bedeutung

So vielfältig ihre Funktionen in der Natur sind, so breit ist auch ihr industrielles Anwendungsspektrum. Verbindungen mit einem hohen Molekulargewicht (C>25.000), wie beispielsweise 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 bis hin zu Bestandteilen von Kosmetikprodukten, Lebensmitteln und Arzneimitteln.

Unsere Strategien zur nachhaltigen Produktion

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 ist eine  klassische Strategie, die jedoch mit unterschiedlichen Herausforderungen kämpft. So können abhängig von den Umweltbedingungen die Zusammensetzung und die Mengen variieren, zumal diese Metabolite vielfach ungleichmäßig verteilt in Pflanzen produziert und eingelagert werden. Hier setzt die innovative Pflanzenzüchtung an: Mit ihren Methoden können aus Wild- Kulturpflanzen mit stabilen Erträgen entwickelt werden.

Alternativ werden Isoprenoide auch durch chemische Synthese aus petrochemischen Rohstoffen gewonnen, was aufgrund der hohen Komplexität der Verbindungen oft  mit geringen Ausbeuten einhergeht.

Die biotechnologische Herstellung besonders hochwertiger Isoprenoide in Mikroorganismen bietet eine Reihe von Vorteilen: eine vorhersehbare, stabile und ganzjährige Produktion, Skalierbarkeit sowie eine einfachere Extraktion und Aufreinigung. Allerdings müssen die Mikroorganismen zunächst optimiert werden, um eine nachhaltige Herstellungsweise zu ermöglichen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Biosynthese bis zum gewünschten Produkt abläuft und mögliche Engpässe der Biosynthese überwunden werden.

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

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