Bio-, Semi- und Mutasynthese

Die Nutzung der Biosynthese stellt den ältesten und einfachsten Weg zur Produktion von Naturstoffen dar, da die benötigten Precursor und Enzyme sowie deren Kofaktoren oder Coenzyme durch den Organismus selbst bereitgestellt werden. Das Vorliegen aller benötigten Komponenten innerhalb des Wirts ist der große Vorteil der Biosynthese und ermöglicht die bioökonomische Herstellung von Naturstoffen. Die Generierung von Derivaten des Naturstoffs kann durch Anwendung der reinen Biosynthese jedoch nicht realisiert werden. Die Semisynthese kombiniert daher die Biosynthese mit Methoden der organischen Chemie. Der extrahierte Naturstoff wird im Anschluss an die Biosynthese chemisch modifiziert, wodurch der Zugang zu vielfältigen Derivaten ermöglicht wird. Meist werden komplexe Naturstoffe oder Vorläufer als Grundgerüst verwendet und diese zum bioaktiven Naturstoff vollendet. Die Mutasynthese (engl. mutational biosynthesis) verknüpft ebenfalls die Vorzüge der Biosynthese mit denen der klassisch chemischen Synthese. Sofern der gesamte Biosyntheseweg des Naturstoffs bekannt ist, kann die Biosynthese an einer definierten Stelle unterbrochen werden, sodass die Naturstoffproduktion zunächst unterbunden wird. Durch Zufütterung unnatürlicher Analoga des Precursors (Mutasynthone) zum Mutasynthesestamm wird die Herstellung von Naturstoffderivaten ermöglicht. Am IBOC konnte bereits der bioaktive Naturstoff Prodigiosin erfolgreich biosynthetisch hergestellt werden und darüber hinaus die Generierung vielfältiger Derivate durch Anwendung der Mutasynthese ermöglicht werden.