Biotechnologie 2
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Sekundärmetabolite, Zeichnen

Zeichnen Sie ein Diagramm für eine typische Penicillin Fermentation, tragen Sie den Verbrauch der C- und N-Quelle sowie die Biomasse und Produktbildung auf. Erklären Sie den wesentlichen Unterschied zur Produktion eines Primärmetaboliten.

  • Kohlenstoff--Katabolit-Repression!
    • Bei hohen Mengen an Glucose keine Penicillin Produktion
    • Zu Beginn Anzucht auf Lactose (Batch)
    • Anschließend Start Glucose Feed (Fed-Batch); so, dass Konzentration unter der krit. Menge für Repression liegt
  • Penicillin Bildung erst wenn Ammonium-Ionen Konz. stark absinkt (hier auch N-Repression, speziell durch Ammonium)
  • Maisquellwasser als N-Quelle (enthält Phenylethylamin)
  • pH rel. hoch (7), da natürliche Penicilline säurelabil sind
    • Ist eine Herausforderung für Pilze (Wachstumsoptimum im sauren Bereich)
  • Ev. Precurserzusatz
    • Pen G: Phenylessigsäure
    • Pen V: Phenoxyessigsäure
 
Anmerkungen von anderen Ausarbeitungen:
 
Sekundärmetaboliten treten in Zellen nur in geringen Konzentrationen (nicht direkt überlebenswichtig, funktionsspezifisch) auf im Gegensatz zum PM, welche den wesentlichen Teil der Zellmasse ausmachen. Treten meist in später Wachstumsphase auf, Besonders hier ist eine Anregung/Methodik zur Überproduktion im Organismus wichtig. Sekundärmetabolismus-Stoffwechselwege sind meist weniger gut bekannt bzw. man weiß, sie im Allgemeinen mehr Stoffwechselwege durchlaufen als PM und oft aus Intermediaten zusammengesetzt werden. Die Überproduktion an SM ist schon bei der Erforschung wichtig Limitierungen dienen als wichtigster Anschalter der SM Produktion. Bei limitiertem Wachstum unter Mangel an Nährstoffen bzw. starker Konkurrenz ist z.b. die vermehrte Produktion an Abwehrstoffen oder Wachstumsfaktoren vorteilhaft. Carbon Source Repression Die vorteilhafte Limitierung der C Quelle beruht auf mehreren Mechanismen (unterdrückte Enzymaktivität bei hoher Glukose)
 
Sekundärmetaboliten (ind chemische Stoffe, die von Pflanzen, Bakterien, Pilzen oder Tieren (z. B. Insekten, Schwämmen, Weichkorallen) produziert werden, für deren Wachstum und Überleben aber nicht notwendig zu sein scheinen (im Gegensatz zu den Primärmetaboliten wie z. B. Aminosäuren oder Zucker). Darüber hinaus wird das Wort Sekundärmetaboliten auch für Sekundäre Pflanzenstoffe verwendet.

Sekundärmetaboliten werden meist als Stoffwechselendprodukte per Exkretion ausgeschieden.
Während manche Sekundärmetaboliten aufgrund ihrer vielfältigen Wirkungen für den Menschen u. a. in der Medizin von außerordentlichem Interesse sind, ist der Nutzen mancher Sekundärmetaboliten für den Produzenten (Bakterium, Pilz) nicht eindeutig geklärt. Möglicherweise dienen sie zur chemischen Verteidigung gegen konkurrierende Organismen (z. B. antibiotisch wirkende Stoffe) oder als Signalstoffe zur Steuerung biologischer Funktionen. Möglicherweise sind die Sekundärmetaboliten aber auch nur ein Überbleibsel des jeweiligen Evolutionsprozesses.
In der Biotechnologie wird die mikrobielle Produktion von Sekundärmetaboliten gezielt genutzt, z. B. durch Auswahl geeigneter Bakterien- bzw. Pilzstämme (Hochleistungsstämme, Hochleistungsmutanten), optimierte Fermentationsbedingungen oder Zugabe von chemischen Stoffen während der Wachstumsphase (vorläuferdirigierte Biosynthese). Sekundärmetaboliten sind dabei häufig biologische Wirkstoffe, wie z. B. Antibiotika, Toxine, Insektizide oder Botenstoffe und haben deshalb teilweise große wirtschaftliche Bedeutung erlangt.

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