(S,S)-2,3-Dihydroxy-2,3-dihydrobenzoic Acid: Microbial Access with Engineered Cells ofEscherichia coli and Application as Starting Material in Natural-Product Synthesis

Autor: Rolf Müller, Markus Halfar, Simon Esser, Michael Müller, Jörg Thömmes, Dirk Franke, Ralf Takors, Georg A. Sprenger, Christian Dose, Volker Lorbach
Rok vydání: 2003
Předmět:
Zdroj: Chemistry - A European Journal. 9:4188-4196
ISSN: 1521-3765
0947-6539
DOI: 10.1002/chem.200204265
Popis: Cyclohexadiene-trans-5,6-diols such as (S,S)-2,3-dihydroxy-2,3-dihydrobenzoic acid (2,3-trans-CHD) have been shown to be of importance as chiral starting materials for the syntheses of bioactive substances, especially for the syntheses of carbasugars. By using methods of metabolic-pathway engineering, the Escherichia coli genes entB and entC, which encode isochorismatase and isochorismate synthase, were cloned and over-expressed in E. coli strains with a deficiency of entA, which encodes 2,3-dihydroxybenzoate synthase. A 30-fold increase in the corresponding EntB/EntC enzyme activities affects the accumulation of 2,3-trans-CHD in the cultivation medium. Although the strains did not contain deletions in chorismate-utilising pathways towards aromatic amino acids, neither chorismate nor any other metabolic intermediates were found as by-products. Fermentation of these strains in a 30 L pH-controlled stirred tank reactor showed that 2,3-trans-CHD could be obtained in concentrations of up to 4.6 g L−1. This demonstrates that post-chorismate metabolites are accessible on a preparative scale by using techniques of metabolic-pathway engineering. Isolation and separation from fermentation salts could be performed economically in one step through anion-exchange chromatography or, alternatively, by reactive extraction. Starting from 2,3-trans-CHD as an example, we established short syntheses towards new carbasugar derivatives. Cyclohexadien-trans-diole wie beispielsweise (5S,6S)-Dihydroxycyclohexa-1,3-diencarbonsaure (2,3-trans-CHD) haben sich als wichtige chirale Ausgangsverbindungen zur Synthese pharmakologisch aktiver Substanzen, insbesondere zur Synthese von Carbazuckern und Aminocarbazuckern erwiesen. Unter Verwendung von Techniken der Stoffflussderegulation wurden die Escherichia coli-Gene entB und entC, kodierend fur Isochorismatase und Isochorismatsynthase, in E. coli-Stammen uberexpremiert, welche eine Defizienz von entA, kodierend fur 2,3-Dihydroxybenzoatsynthase, hatten. Eine 30-fache Steigerung der entsprechenden Enzymaktivitaten EntB/EntC bewirkte die Bildung von 2,3-trans-CHD im Kultivierungsmedium. Obwohl die Stamme keine Mutationen in den chorismatverwendenden Biosynthesewegen zu den aromatischen Aminosauren besasen, wurde weder Chorismat noch ein anderes metabolisches Intermediat als Nebenprodukt gefunden. Fermentationen mit diesen Stammen in einem pH-geregelten 30 L Ruhrkesselreaktor zeigten, dass 2,3-trans-CHD in Konzentrationen bis zu 4.6 g L−1erhalten werden kann. Dies demonstriert zum ersten Mal, dass Metabolite des Enterobactin-Biosyntheseweges durch Techniken der Stoffflussderegulation in praparativem Masstab erhalten werden konnen. Aufreinigung und Separation von den Fermentationssalzen konnte auf effiziente Weise in einem Schritt unter Verwendung von Anionentauscherharzen oder alternativ durch Reaktivextraktion durchgefuhrt werden. Ausgehend von 2,3-trans-CHD haben wir exemplarisch eine kurze Synthese zu ent-Streptol (ent-Valienol) durchgefuhrt.
Databáze: OpenAIRE
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