The high growth and substrate uptake rates of Vibrio natriegens render this marine bacterium an emerging host for biotechnology. For industrial processes, key performance indicators need to be maximized and typically fed-batch processes are applied to obtain high space-time yields. This work deals with the establishment of a glucose-limited fed-batch process for V. natriegens wildtype that yielded 28.4 g biomass L-1. During this process, 157 mg exopolysaccharides (EPS) L-1 were secreted, resulting in an approximately 800-fold increase in the viscosity of the bioreactor broth. Multiple strains lacking EPS-related genes were constructed to target this issue. Nevertheless, all mutant strains still secreted EPS in varying amounts, but the monomeric composition differed for all of them compared to the wildtype strain. However, the inactivation of the transcriptional biofilm regulator CpsR resulted in a consistently low viscosity throughout the process. Furthermore, two mutant strains lacking the EPS gene clusters syp and cps did not increase the viscosity either, and both secreted the least amount of EPS (about 80 mg L-1). An anaerobic two-stage process was developed for the succinate producer V. natriegens Δlldh Δdldh Δpfl Δald Δdns::pycCg (Succ1) using minimal medium without expensive supplements. A titer of 60.4 g succinate L-1 was achieved along with an exceptionally high maximum productivity of 20.8 gSuc L-1 h-1 and an overall productivity of 8.6 gSuc L-1 h-1. However, only 62% of the carbon from glucose was recovered at the end of the process. In addition, an elevated viscosity was observed as well, and it was speculated that EPS formation was at least partially responsible for the carbon sink. The additional deletion of cpsR and cps in V. natriegens Succ1 resulted in a consistently low viscosity throughout the fermentation. Furthermore, about 80% of the carbon was recovered and the product yield was improved to 1.4 molSuc molGlc−1, which corresponds to 81% of the theoretical maximum. Besides the development of a production process for succinate, an aerobic fed-batch process for the acetate auxotrophic pyruvate producer V. natriegens ∆vnp12 ∆aceE was established. Usually, high biomass concentrations are required to meet the process demands for volumetric productivities. However, this also means that most of the carbon is converted into the catalyst rather than the product, and that a large amount of biomass waste is generated that needs to be dealt with once the process is complete. Due to the high substrate consumption rates of V. natriegens, high productivities are achievable even at low biomass concentrations, and the process presented in this work takes advantage of this. The pyruvate process was performed in minimal medium with glucose and, due to the auxotrophy of the pyruvate strain, acetate was provided. A final titer of 22 g pyruvate L-1 was obtained with a productivity of 2.2 gPyr L-1 h-1. The addition of an 8 mM acetate h-1 feed increased the titer by 85% to 41 g pyruvate L-1 and the volumetric productivity was enhanced to 4.1 gPyr L-1 h-1, which is one of the highest productivities reported to date.      «

The high growth and substrate uptake rates of Vibrio natriegens render this marine bacterium an emerging host for biotechnology. For industrial processes, key performance indicators need to be maximized and typically fed-batch processes are applied to obtain high space-time yields. This work deals with the establishment of a glucose-limited fed-batch process for V. natriegens wildtype that yielded 28.4 g biomass L-1. During this process, 157 mg exopolysaccharides (EPS) L-1 were secreted, resulti...     »

Vibrio natriegens ist aufgrund seiner hohen Wachstums- und Substrataufnahmeraten ein vielversprechender Produktionswirt für die industrielle Biotechnologie. Die Evaluierung industrieller Prozesse erfolgt häufig anhand von Leistungsindikatoren wie dem Produkttiter, der Produktausbeute und der volumetrischen Produktivität. Das Ziel industrieller Prozesse liegt in der Maximierung dieser Parameter, wobei häufig Fed-Batch-Prozesse eingesetzt werden, um hohe Raum-Zeit-Ausbeuten zu erhalten. Die folgende Arbeit befasst sich mit der Etablierung eines Glukose-limitierten Fed-Batch-Prozesses für den V. natriegens Wildtyp. Während des Prozesses wurden 28 g Biomasse L-1 erreicht, allerdings wurden dabei ebenfalls 157 mg Exopolysaccharide (EPS) L-1 in das Medium sekretiert, was zu einer Erhöhung der Viskosität um das 800-fache führte. Daraufhin wurden mehrere Mutantenstämme konstruiert, denen EPS-bezogene Gene fehlten. Alle Stämme produzierten weiterhin EPS in variierenden Mengen, allerdings unterschied sich die monomere Zusammensetzung der einzelnen EPS im Vergleich zum Wildtyp. Die Inaktivierung des transkriptionellen Biofilmregulators CpsR resultierte in einer konstant niedrigen Viskosität während des gesamten Prozesses. Zwei weitere Mutanten, denen die EPS-Gencluster syp und cps fehlten, wiesen die geringste EPS Produktion auf (circa 80 mg L-1) und erhöhten die Viskosität ebenfalls nicht. Für den Succinatproduzenten V. natriegens Δlldh Δdldh Δpfl Δald Δdns::pycCg (Succ1) wurde ein zweistufiger anaerober Prozess unter Verwendung von Minimalmedium ohne teure Zusätze entwickelt. Dabei wurde ein Titer von 60,4 g Succinat L-1 und eine außergewöhnlich hohe maximale Produktivität von 20,8 gSuc L-1 h-1 erzielt. Die Gesamtproduktivität betrug 8,6 gSuc L-1 h-1. Am Ende des Prozesses konnten jedoch nur 62 % des Kohlenstoffs aus Glucose identifiziert werden. Zudem wurde eine erhöhte Viskosität beobachtet, was zu der Annahme führte, dass die Bildung von EPS zumindest teilweise für den fehlenden Kohlenstoff verantwortlich ist. Durch die zusätzliche Deletion von cpsR und cps in V. natriegens Succ1 gelang es, die Viskosität während der Fermentation konstant niedrig zu halten und es konnten anschließend etwa 80 % des Kohlenstoffs zugeordnet werden. Des Weiteren konnte die Produktausbeute auf 1,4 molSuc molGlc-1 verbessert werden. Dies entspricht bereits 81 % des theoretischen Maximums. Zusätzlich zur Entwicklung eines Succinatprozesses wurde ein aerober Fed-Batch-Prozess für den acetatauxotrophen Pyruvatproduzenten V. natriegens ∆vnp12 ∆aceE etabliert. In der Regel sind hohe Biomassekonzentrationen erforderlich, um die Prozessanforderungen an die volumetrische Produktivität zu erfüllen. Dies hat jedoch zur Folge, dass ein Großteil des Kohlenstoffs in den Katalysator und nicht in das Produkt umgewandelt wird und zudem eine erhebliche Menge an Biomasseabfällen entsteht, die nach Abschluss des Prozesses abgetrennt und entsorgt werden müssen. Aufgrund der hohen Substrataufnahme von V. natriegens sind hohe Produktivitäten selbst bei geringen Biomassekonzentrationen möglich, was sich der in dieser Arbeit vorgestellte Prozess zu Nutze macht. Der Pyruvatprozess wurde in Minimalmedium mit Glukose durchgeführt und aufgrund der Auxotrophie des Pyruvatstammes wurde zusätzlich Acetat supplementiert. Zunächst wurde ein Titer von 22 g Pyruvat L-1 mit einer Produktivität von 2,2 gPyr L-1 h-1 erreicht. Durch die Verwendung eines 8 mM Acetat h-1 Feeds konnte der Titer um 85 % auf 41 g Pyruvat L-1 gesteigert und die volumetrische Produktivität auf 4,1 gPyr L-1 h-1 erhöht werden. Dies entspricht einer der höchsten bisher berichteten Produktivitäten.     «

Vibrio natriegens ist aufgrund seiner hohen Wachstums- und Substrataufnahmeraten ein vielversprechender Produktionswirt für die industrielle Biotechnologie. Die Evaluierung industrieller Prozesse erfolgt häufig anhand von Leistungsindikatoren wie dem Produkttiter, der Produktausbeute und der volumetrischen Produktivität. Das Ziel industrieller Prozesse liegt in der Maximierung dieser Parameter, wobei häufig Fed-Batch-Prozesse eingesetzt werden, um hohe Raum-Zeit-Ausbeuten zu erhalten. Die folgen...     »