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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion mehrfach ungesättigter
Fettsäuren.
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Mehrfach
ungesättigte Fettsäuren insbesondere Omega-3-Fettsäuren
sind nachgewiesen wichtige Nahrungsergänzungsstoffe, die
geeignet sind Arteriosklerose und koronare Herzkrankheiten sowie
Herzrhythmusstörungen und plötzlichen Herztod
zu reduzieren. Für die Primärprävention
wird deshalb geraten, mehrmals wöchentlich möglichst
fetten Seefisch zu verzehren, um den Anteil an ungesättigten
Fettsäuren im Körper zu erhöhen. Alternativ
können täglich Nahrungsergänzungsmittel
aus aufkonzentriertem Fischöl eingenommen werden, wobei
gemäß aktuellen Studien der Minimalbedarf an Omega-3-Fettsäuren
bei 0,1g/Tag liegt, für einen Optimalbedarf jedoch die
Menge von 1 bis 2g/Tag angegeben wird.
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Für
solche Fischölprodukte eignen sich insbesondere Öle
aus Hochseefischen als Ausgangsprodukte. Da erwartet werden kann,
dass sich das Angebot bzw. die Nachfrage an Fischölprodukten
künftig aufgrund der nachgewiesenen positiven Wirkweise
erhöhen wird, stellt sich in diesem Zusammenhang allerdings
auch die Frage nach schwindenden Ressourcen, insbesondere, wenn
für die Deckung dieses hohen Bedarfs die bekannten Produktionswege
aus aufkonzentriertem Fischöl nicht mehr ausreichen. Es
muss also nach Wegen gesucht werden, alternativ bessere Aufkonzentrierungsverfahren
oder andere Omega-3-Fettsäurequellen zu erschließen.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, ungesättigte
Fettsäuren aus Fischöl oder Algen oder bestimmten
heterotrophen Mikroorganismen zu gewinnen. Dazu sei insbesondere
auf die Druckschrift
US 5,130,242 verwiesen,
die die Produktion von Omega-3-Fettsäuren mittels heterotroper
Mikroorganismen beschreibt. Nachteilig an den bekannten Verfahren
ist jedoch, dass heterotrophe Mikroorganismen nur dann ausreichende
Ergebnisse liefern, wenn ihre Wachstumsbedingungen optimal eingehalten
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Produktion von ungesättigten Fettsäuren, beispielsweise
Omega-3- oder Omega-6-Fettsäuren zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß kann
die Herstellung der genannten Fettsäuren auf unterschiedliche
Weise erfolgen:
Zum einen kann die Aufkonzentrierung der genannten
Fettsäuren mittels einer Mischung von photosynthetisch wirksamen
und lichtemittierenden Mikroorganismen erfolgen, wie sie in den
Patentanmeldungen
DE
100 62 812 A1 ,
DE
101 49 447 A1 oder
DE 103 51 996 A1 der Anmelderin beschrieben
sind. Diese Mikroorganismenmischung wird von der Anmelderin unter
dem Namen „Reacre
®" vertrieben.
Es zeigte sich überraschender Weise, dass diese Mikroorganismen
auch in der Lage sind, die Anteile an mehrfach ungesättigten
Fettsäuren von Ölen, beispielsweise Fischöl
oder dergleichen aufzukonzentrieren. Zwar ist zu beachten, dass
sich eventuell einige Mikroorganismen die erwünschten Fettsäuren
selbst zunutze machen könnten, da es jedoch nur wenige
Mikroorganismen gibt, die auf Fettsäuren als alleinige
Kohlenstoffquelle wachsen, wird ein daraus resultierender Verlust
kaum nennenswert sein.
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Mikroorganismen,
die sich die mehrfach ungesättigten Fettsäuren
einverleiben und/oder in eigene Zellbestandteile umbauen, so dass
sie dann im Öl nicht mehr zur Verfügung, sind
relativ zahlreich. Bei geeigneter Wahl der Mikroorganismen besteht
dann die Möglichkeit, die Mikroorganismen mit den eingelagerten
und aufkonzentrierten ungestättigten Fettsäuren
direkt als Nahrungsergänzungsmittel zu verwenden. Dazu
können der erfindungsgemäßen Mikroorganismenmischung
beispielsweise Milchsäurebakterien zugegeben werden, so
dass man sich die Eigenschaft der Milchsäurebakterien,
Fettsäuren aufzunehmen, zunutze machen kann. Zudem können
Fettsäuren in und an Bakterienzellen angereichert und damit
eventuell auch in reinerer Form erhalten werden, als sie zuvor im
Fischöl vorlagen. Bei den entsprechenden Bakterien handelt
es sich jedoch nicht um Produzenten der besagten Fettsäuren.
Man benutzt sie nur, um Fettsäuren an- bzw. einzulagern.
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Erfindungsgemäß können
fettsäurereiche Medien, z. B. Fischereiabfälle,
als Nährmedium für spezielle Mikroorganismen dienen,
die darauf gut wachsen und mehrfach ungesättigte Fettsäuren
in ihre Membran als Lipide einbauen bzw. sie unspezifisch an ihre
Oberflächen anlagern. Nach der Kultivierung in dem fettsäurereichen
Medium konnten etwa 10% EPA und 20% DHA in bestimmten Stämmen
von Lactobacillus acidophilus, Lactococcus lactis, Lactococcus xylosus
und Streptococcus thermophilus nachgewiesen werden. Auf diese Art angereicherte Milchsäurebakterien
könnten direkt als Nahrungsergänzung eingesetzt
werden. Die Nahrungsmittelergänzung beschränkt
sich jedoch nicht auf die alleinige Anreicherung von DHA und EPA,
es ist auch möglich andere Lipide wie Glycolipide, Aminolipide,
Sulfolipide, Sphingolipide anzureichern. Die erfindungsgemäße
Methode hält noch im Rahmen der Anmeldung ein großes
Optimierungspotential, beispielsweise hinsichtlich der Zusammensetzung
der Fettsäurenanreichernden Mikroorganismen offen, so dass
die Anteile der entsprechenden Fettsäuren durchaus noch
erhöht werden könnten. Die folgende Liste zeigt
einige Kandidaten, die zur Anreicherung von Fettsäuren
verwendet werden können und die Anteile EPA und DHA an
der Gesamtmenge der Fettsäuren.
| | EPA | DHA |
| Freshwater
bacteria | | |
| Bradyrhizobium
japonicum | -a | - |
| Bradyrhizobium
sp. | - | - |
| Rhodobacter
spharoides | 2 | 4 |
| Sphingomonas
paucimobilis | trb | - |
| Alcaligenes
faecalis | tr | 1 |
| Spinllurn
pleomorphum | - | - |
| Aeromonas
hydrophila | 5 | 2 |
| Pseudomonas
abikonensis | - | - |
| Pseudomonas
nitroreducens | tr | tr |
| Psychrobacter
immobilis | 1 | 1 |
| Psychrobacter
sp. | - | - |
| Shewanella
putrefaciens | 4 | 4 |
| Shewanella
putrefaciens | 4 | 4 |
| Shewanella
putrefaciens | 3 | 3 |
| Shewanella
putrefaciens | 4 | 4 |
| Shewanella
putrefaciens | 5 | 2 |
| Stenotrophomonas
maltophilia | - | tr |
| Arthrobacter
sulfureus | - | - |
| Brachybacterium
conglomeratum | 2 | 2 |
| Corynebacterium
flavescens | - | - |
| Cryobacterium
psychrophilum | - | - |
| Kocuria
varians | 4 | 10 |
| Nocardioides
simplex | 6 | 3 |
| Rhodococcus
eiythropolis | 4 | 3 |
| Bacillus
psychrophilus | 2 | 1 |
| Bacillus
subtilis | - | - |
| Exiguobacterium
acetylicum | - | 3 |
| Cytophaga
jhonsonae | - | tr |
| Cytophaga
xantha | 4 | - |
| Flavobacterium
lutescens | tr | tr |
| Flavobacterium
psychrophilum | 3 | 2 |
| Sphingobacterium
multivorum | tr | tr |
| Deinococcus
grandis | - | - |
| Lactobacillus
acidophilus | 11 | 20 |
| Lactococcus
lactis | 10 | 23 |
| Lactococcus
xylosus | 10 | 24 |
| Streptococcus
thermophilus | 10 | 16 |
| Streptococcus
thermophilus | 10 | 20 |
| |
| Marine
bacteria | | |
| Chromohalobacter
marismortui | - | tr |
| Halomonas
sp. | 2 | 1 |
| Photobacterium
phosphoreum | 2 | 2 |
| Pseudoalteromonas
atlantica | - | - |
| Shewanella
alga | 4 | 5 |
| Shewanella
benthlcac | 21 | 3 |
| Shewanella
hanedaic | 10 | 3 |
| Planococcus
cltreus | - | 2 |
| Cytophaga
marinoflava | 3 | - |
| |
| Halo-tolerant
bacteria | | |
| Achromobacter
halophilusd | - | tr |
| Achromobacter
tenuisd | - | tr |
| Amoebobacter
morrhuaee | 4 | 9 |
- a nicht detektierbar.
- b weniger als 0.4%.
- c EPA-produzierendes Bakterium.
- d Wachstum in Squid-Medium mit 10% (w/v)
NaCl.
- e Wachstum in Squid-Medium mit 25% (w/v)
NaCl.
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Des
Weiteren kann die rekombinate Produktion mehrfach ungesättigter
Fettsäuren über andere vielzellige Organismen,
in besondere Moose, durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft
ist hier das Moos Physcomitrella patens, da es schon ein hohes Maß an
selbst produzierter Arachidonsäure und wenn auch ein nicht
ganz so hohes Maß an EPA aufweist. Wie ein weiteres Ausführungsbeispiel
zeigt, kann die Ausbeute erhöht werden, indem man zusätzlich
die Gene für einen Multienzymkomplex zur DHA und EPA Produktion
aus Prokaryoten in das Moos kloniert. Bezüglich der Anwendung
kann auf die Erfahrungen mit der Expression in E. coli (EPA mit
einem Anteil von mehr als 20% aller Fettsäuren und DHA
mit 5%) zurückgegriffen werden.
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Vorteilhafterweise
stellen die Moose zudem ein Expressionssystem für eukaryotische
Gene dar, da sie posttranslationale Modifikationen – also
das Anhängen verschiedener Moleküle an das fertige
Protein – so vornehmen, wie es in Eukaryotenzellen typisch
ist. Ein eukaryotisches komplexes Protein, das in E. coli hergestellt wurde,
hat derartige Modifikationen nicht und zeigt deshalb eine geringere
Aktivität. Dem Umstand, dass das Fremdprotein für
die Zelle toxisch wirkt, kann besipielsweise durch Ausschleusung
desselben begegnet werden. Mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann so ein sehr komplexer Multienzymkomplex bakteriellen Ursprungs
entstehen, der zudem in der intakten eukaryotischen Zelle den Stoffwechselweg
katalysiert, so dass am Ende die Produkte DHA und EPA stehen.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, werden
auf einer Membran die oben genannten Moose angeordnet und dabei
an das Moos Dinoflaggelanten angedockt, wobei durch die Membran
hindurch die Fettsäuren abgezogen werden. Diese werden über
das Moos und die Dinoflaggelanten produziert. Bei dieser Variante
ist es bevorzugt, das Moos auf einer Cellulosematte oder dergleichen
anzuordnen und unterhalb der Cellulosematte die beispielsweise aus
Silikon bestehende Membran anzuordnen, durch die hindurch die mehrfach
ungesättigten Fettsäuren abgezogen werden können.
Das Moos sondert dabei die produzierten Fettsäuren über
die Wurzeln ab.
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Zur
Chlorophyll- oder Stoffwechselanregung können die vielzelligen
Organismen oder die Mikroorganismenmischung mit Energieimpulsen
beaufschlagt werden. Dabei wird es bevorzugt, wenn das Wachstum durch
Beaufschlagung mit Laserimpulsen angeregt wird, wobei beispielsweise
jede Minute ein Laserimpuls ausgesandt wird. Zur Anregung kann beispielsweise
ein Laser verwendet werden, wie er zur Fluoreszenzanregung von Pflanzenchlorophyll
eingesetzt wird (siehe
WO
2000 025 114 A1 ). Ein derartiges Lasersystem wird von der
Anmelderin unter dem Markennamen „MiniVeg" vertrieben.
Alternativ kann auch ein sogenannter Greenlightlaser eingesetzt
werden. Derartige Laser werden auch in der Chirurgie eingesetzt.
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Um
das Wachstum des Mooses und die Produktion der mehrfach ungesättigten
Fettsäuren zu beschleunigen, kann eine Nährstofflösung
zugeführt werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung
kann auch Hopfen als Grundstoff für die Produktion von
ungesättigten Fettsäuren verwendet werden. Natürlich
kommt in Hopfen insbesondere im Hopfensamen bereits ein hoher Anteil
an ungesättigten Fettsäuren vor, wie nachfolgende
Tabelle zeigt:
| Fettsäure | Name | %
der Gesamtfettsäuren |
| | | berechnet
als Methylester |
| C14:0 | Myristinsäure | 0,1 |
| C16:0 | Palmitinsäure | 7,0 |
| C16:1n7 | Palmitoleinsäure | 0,1 |
| C17:0 | Marginsäure | < 0,1 |
| C18:0 | Stearinsäure | 2,7 |
| C18:1n9
cis | Ölsäure | 11,1 |
| C18:1n7
cis | Cis-Vaccensäure | 0,8 |
| C18:2n6
Isomer | Octadecadiensäure | 0,2 |
| C18:2n6 | Linolsäure | 52,9 |
| C18:3n6 | g-Linolensäure | 6,7 |
| C18:3n3 | a-Linolensäure | 15,6 |
| C18:4n3 | Octadecatetraensäure | 1,7 |
| C20:0 | Arachinsäure | 0,4 |
| C20:1n9 | Gondosäure | 0,4 |
| C20:2n6 | Eicosadiensäure | 0,2 |
| C22:0 | Behensäure | 0,2 |
| | | |
| | Summe
n6-Fettsäuren | 59,7 |
| | Summe
n9-Fettsäuren | 17,3 |
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Mittels
Impfen mit Bakterien oder durch gentechnische Manipulationen kann
der Anteil optimiert werden, so dass im oder am Hopfen ein hoher
Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren enthaltenen Öle
eingebaut oder angelagert werden. Die Fettsäuren lassen
sich dann durch Extrahieren vom Hopfen trennen.
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Dabei
können die mehrfach ungesättigten Fettsäuren
aus dem Hopfensamen mit Archaen, Milchsäurebakterien oder
anderen Mikroorganismen bzw. Mikroorganismenmischungen, wie beispielsweise „Reacre®", extrahiert, angereichert und/oder
isoliert werden. Im Falle der Milchsäurebakterien können
diese die mehrfach ungesättigten Fettsäuren aus
den Hopfensamen einlagem und auch direkt als probiotisches Lebensmittel
verzehrt werden. Die Einlagerung der mehrfach ungesättigten
Fettsäuren hat man den Vorteil, deren Tendenz leicht ranzig
zu werden, entgegenzuwirken.
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In
der Figur sind die unterschiedlichen Wege zur Aufkonzentrierung/Produktion
von mehrfach ungesättigten Fettsäuren zusammengefasst.
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Statt
Fischöl aus Seefisch kann auch Fischöl aus Süßwasserfischen
verwendet werden. Zudem zeigen Öle auf der Basis von Soja,
Raps oder Walnuss genauso wie Leinöl, Pyrillaöl
oder einfachen Olivenöl mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens die Konzentration der darin enthaltenen Omega-3-Fettsäuren
deutlich erhöht werden kann.
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Offenbart
wird ein Verfahren zur Produktion von mehrfach ungesättigten
Fettsäuren aus einem dieses enthaltenden Medium, wobei
die genannten Fettsäuren durch Mikroorganismen oder vielzellige
Organismen in einem die Fettsäuen enthaltenden Medium aufkonzentriert
oder aus diesem aufgenommen oder aufkonzentriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5130242 [0004]
- - DE 10062812 A1 [0007]
- - DE 10149447 A1 [0007]
- - DE 10351996 A1 [0007]
- - WO 2000025114 A1 [0013]