1,4-Butandiol (1,4-BDO) ist eine wichtige industrielle Plattformchemikalie, aus welcher unter anderem große Mengen an Plastik, Polyester und Elastanfaser hergestellt werden. Da 1,4-BDO in der Natur nicht vorkommt, erfolgt die Herstellung dieser wichtigen Verbindung ausschließlich über chemische Synthesen auf Erdölbasis.
In dieser Arbeit sollte erstmalig eine Strategie zur biologischen Synthese von 1,4-BDO mit Hilfe des Bakteriums Clostridium acetobutylicum entwickelt werden. Dazu wurde der Stoffwechsel des Wirtsorganismus durch ein heterolog exprimiertes Enzym, der 4-Hydroxybutyryl-CoA-Dehydratase/Vinylacetyl-CoA-∆-Isomerase (4HBD), erweitert. Untersucht wurden dabei drei verschiedene 4HBDs und der Einfluss unterschiedlicher Kohlenhydratquellen auf die 1,4-BDO-Produktion. Es zeigte sich, dass die generierten Stämme in der Lage waren, 1,4-BDO auf biologischem Weg zu synthetisieren. Aufgrund dessen wurden erste Optimierungsansätze zur Steigerung der 1,4-BDO-Konzentration durchgeführt.
1,4-Butanediol (1,4-BDO) is an important commodity chemical with various technical applications, particularly within the production of polymers like plastics, polyesters and spandex fibers. 1,4-BDO is not a natural product and is exclusively produced by chemical petroleum-based synthesis.
The objective of this work was the development of a strategy for the biological 1,4-BDO production from renewable resources using the host organism Clostridium acetobutylicum. For this, a new branch in the metabolism of C. acetobutylicum was generated by introducing a heterologously expressed enzyme, a 4-Hydroxybutyryl-CoA dehydratase/Vinylacetyl-CoA-∆-isomerase (4HBD). Furthermore, the influences of three different 4HBDs and various carbon sources on 1,4-BDO production were analyzed. It shows, that the generated strains are able to produce 1,4-BDO biologically. Because of this, first approaches for enhancement of the 1,4-BDO concentration were performed.