Die industrielle Anwendung biotechnologischer Prozesse zur Herstellung von Chemikalien ist vor allem aufgrund der hohen Spezifität von Enzymen interessant. Essigsäurebakterien wie Gluconobacter oxydans werden bereits industriell für regio- und stereospezifische Oxidationen mit membranständigen Dehydrogenasen genutzt. Dies hat gegenüber intrazellulären Enzymen den Vorteil, dass Substrat und Produkt nicht durch die Zellwand transportiert werden müssen.

Am Lehrstuhl für Mikrobiologie der Technischen Universität München (Prof. Liebl) ist es gelungen, die große Vielzahl membranständiger Dehydrogenasen bei Gluconobacter oxydans gezielt auszuschalten und es wird daran gearbeitet, spezielle auf spezifische Oxidationen optimierte membranständige Dehydrogenasen einzubringen, so dass in der Zellmembran lediglich  die für die  gewünschte Stoffumwandlung erforderlichen Enzyme vorhanden sind. Damit können höhere Produktausbeuten und Umsetzungsgeschwindigkeiten erreicht werden.

Dies soll unter anderem am Beispiel biokatalytischer Oxidationen von Polysaccharid-Abbauprodukten aus Pflanzenreststoffen wie Cellobiose (Monomer von Cellulose) oder Galakturonsäure (Monomer von Pektin) zu Cellobionsäure beziehungsweise Galaktarsäure mit rekombinanten Gluconobacter oxydans untersucht werden. Diese funktionalisierten Polyalkohole könnten für vielfältige Anwendungen in der Pharma-, Kosmetik-, Lebensmittel- und Chemieindustrie einsetzbar sein.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die bereitgestellten neuen rekombinanten Gluconobacter oxydans Stämme reaktionstechnisch unter definierten Bedingungen in Rührkesselreaktoren charakterisiert werden. Zur vergleichenden Charakterisierung sollen dazu auch automatisierte Parallelbioreaktoren im Milliliter-Maßstab eingesetzt werden. Anhand der reaktionskinetischen Daten sollen zum einen effiziente biokatalytische Verfahren im Rührkesselreaktor erarbeitet werden. Darüber hinaus bilden diese Daten auch die Grundlage für eine modellgestützte Erarbeitung optimaler Oxidationsverfahren in skalierbaren Membranbioreaktoren.

Diese Arbeiten werden im Rahmen des Verbundvorhabens PolyBioOx durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) finanziell unterstützt.