Dokument: Engineering of Pseudomonas taiwanensis for production of chorismate-derived secondary metabolites

Titel:	Engineering of Pseudomonas taiwanensis for production of chorismate-derived secondary metabolites
Weiterer Titel:	Genetische Modifizierung von Pseudomonas taiwanensis zur Produktion von Chorismat-abgeleiteten Sekundärmetaboliten
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=73847
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20260716-125201-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Kofler, Franziska [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 27,02 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 06.07.2026 / geändert 06.07.2026
Beitragende:	Prof. Dr. Wierckx, Nick [Gutachter] Prof. Dr. Pohl, Martina [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Various daily life applications, including the food sector, pharmaceuticals, and polymers, strongly depend on aromatic compounds. These are traditionally produced from depleting fossil resources thus requiring a solution to more sustainable processes independent from crude oil. Whole-cell biocatalysis represents a potent solution by producing value added chemicals from renewable feedstocks. However, the transition towards bio-based production is hampered through the changing requirements imposed on the production host depending on the sought product. Hence, the generation of a chassis strain suitable for a broad range of target compounds could facilitate the standardization of production processes thus supporting the shift from petrochemistry to bio-based production. Chorismate displays an important metabolic node, serving as precursor for a huge variety of aromatic secondary metabolites. Hence, the aim of this thesis is the generation of a potent Pseudomonas taiwanensis platform for the production of chorismate-derived aromatic compounds. To increase chorismate availability for heterologous production by minimizing carbon loss to tyrosine and phenylalanine biosynthesis, twelve modifications were implemented in the bifunctional chorismate mutase/prephenate dehydratase PheA. The impact of different PheA variants on heterologous production was evaluated for different mono- and dihydroxybenzoates, applying up to ten heterologous pathways. Accordingly, the replacement of the chorismate mutase domain within PheA or its full replacement with PheA from E. coli were identified as most beneficial, increasing product titers up to 38.2% without causing auxotrophies. The applicability of P. taiwanensis for the production of more energy-demanding and complex metabolites was subsequently demonstrated through the production of myxochelin A and azotochelin. These catechol-type siderophores are naturally produced in only low concentrations via nonribosomal peptide synthesis. Heterologous expression of the corresponding genes from Myxococcus xanthus in P. taiwanensis resulted in initially low titers (<1 mg L-1). After excluding first limitations in energy and precursor supply, expression of the respective biosynthetic genes (mxcEF and mxcGopt) was increased to facilitate sufficient substrate conversion. Subsequently, new precursor limitations were observed. Evaluation of different combinations of glucose, glycerol, and octanoate in varying concentrations along with increased 2,3-dihydroxybenzoate supplementation resulted in maximal titers of 226.4 ± 1.3 mg L 1 myxochelin A and 56.6 ± 8.7 mg L 1 azotochelin. Thereby, myxochelin A titers could be improved by more than 300-fold, thus exceeding native producers. This further emphasizes the huge potential of heterologous production in well-established and accessible hosts compared to less-domesticated microbes. Ultimately, this thesis represents a potent approach for the optimization of chorismate-derived production of various aromatics differing in complexity using P. taiwanensis as production host. In vielen Bereichen wie der Lebensmittel- und Pharmabranche oder der Polymerherstellung, spielen aromatische Verbindungen eine bedeutende Rolle. Diese werden traditionell aus fossilen Ressourcen gewonnen, woraus sich die Notwendigkeit für nachhaltigere, Erdöl-unabhängige Verfahren ableitet. Hierbei stellt die Verwendung ganzer Zellen als Biokatalysatoren eine vielversprechende und nachhaltige Alternative dar. Die Produkt-spezifischen Anforderungen an einen mikrobiellen Wirt können jedoch den Übergang von Petrochemie zu einem biotechnologischen Prozess erschweren. Chorismat stellt einen zentralen Stoffwechselknotenpunkt dar, und dient als Vorstufe für eine Vielzahl aromatischer Sekundärmetabolite. Daher ist das Ziel dieser Arbeit die Generierung eines geeigneten Pseudomonas taiwanensis Plattformstammes für die Produktion Chorismat-abgeleiteter Aromaten. Hierfür wurden zwölf Adaptionen an der bifunktionalen Chorismat-Mutase/Prephenat-Dehydratase PheA vorgenommen, um den Verlust von Kohlenstoff für die konkurrierende Synthese von Tyrosin und Phenylalanin zu vermindern. Anschließend wurde der Einfluss dieser PheA-Varianten auf die heterologe Produktion verschiedener mono- und di-Hydroxybenzoate unter Verwendung von bis zu zehn verschiedenen Produktionsmodulen evaluiert. Daraus ergab sich, dass der Austausch der Chorismat-Mutase Domäne innerhalb PheA oder dessen vollständiger Ersatz durch PheA von E. coli den größten positiven Einfluss zeigte. Hierdurch konnten die Produkttiter um bis zu 38,2% gesteigert werden, ohne dabei Auxotrophien zu verursachen. Anschließend wurde P. taiwanensis für die Produktion komplexer und energieintensiver Metabolite, wie Myxochelin A und Azotochelin, verwendet. Diese Catechol-Siderophore werden in der Natur über nicht-ribosomale Peptidsynthese und nur in geringen Konzentrationen gebildet. Die heterologe Expression der entsprechenden Gene aus Myxococcus xanthus führte zunächst zu geringen Titern (< 1 mg L 1). Nachdem initiale Limitierungen bei der Energie- und Substratverfügbarkeit ausgeschlossen werden konnten, wurde die Expression der entsprechenden Biosynthesegene (mxcEF und mxcGopt) erhöht, um eine effizientere Substratumwandlung zu ermöglichen. Dies resultierte in einer Limitierung von Vorstufenmolekülen. Durch die Evaluierung verschiedener Kombinationen von Glukose, Glyzerin und Oktanoat in variierender Konzentration und mit erhöhter 2,3-Dihydroxybenzoat-Zufuhr wurden maximale Titer von 226,4 ± 1,3 mg L-1 Myxochelin A und 56,6 ± 8,7 mg L-1 Azotochelin erzielt. Somit konnte die Produktion mehr als 300-fach verbessert und die native Produktion signifikant übertroffen werden. Dies unterstreicht das enorme Potential von gut etablierten und leicht zugänglichen Produktionswirten im Vergleich zu weniger domestizierten Mikroorganismen. Insgesamt stellt diese Arbeit einen vielversprechenden Ansatz für die Anwendung und Optimierung von P. taiwanensis für die Produktion verschiedener von Chorismat abgeleiteter Aromaten mit variierender Komplexität dar.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	16.07.2026
Dateien geändert am:	16.07.2026
Promotionsantrag am:	21.04.2026
Datum der Promotion:	27.05.2026