Umweltfreundliche Katalysatoren für den Industriesektor
Enantiomere sind chirale Verbindungen, welche die gleiche chemische Bezeichnung teilen und welche die gleichen Typen von Atomen aufweisen, die jedoch unterschiedliche 3D-Strukturen aufweisen. Da sich strukturelle Unterschiede auf die Funktion auswirken, können Enantiomere der gleichen Verbindung eine andere Wirkung haben als Wirkstoffe oder Katalysatoren von chemischen Reaktionen. Biokatalysatoren (Enzyme) bieten eine wichtige Alternative zu chemischen Katalysatoren und tragen zur Reduzierung des Einsatzes von organischen Lösungsmitteln, giftigen Metallen und Energie bei. Wissenschaftler initiierten das EU-finanzierte Projekt KYROBIO (The discovery, development and demonstration of biocatalysts for use in the industrial synthesis of chiral chemicals), um die derzeit begrenzte Verfügbarkeit von Enzymen für die Herstellung einzelner enantiomerer chiraler Stoffe auf einen industriellen Maßstab hin auszuweiten. Einzelne Enantiomere chiraler Verbindungen sind eine für die Industrie wichtige Klasse von chemischen Stoffen, die oft bei der Katalyse zum Einsatz kommen. Im Zuge von KYROBIO wurde eine Toolbox mit Verfahren entwickelt, welche unter anderem die Bereiche Bioinformatik, molekulare Modellierung, Enzymherstellung mit hohem Durchsatz und Pflanzen-Transkriptom-Analysen tangieren. Zu beachtenswerten Errungenschaften zählt unter anderem ein Metagenomik-Programm für die Enzymentdeckung, das CorNet-Modul für das 3DM-Analysesystem und Enzym-Modifizierungsprotokolle, die unter Verwendung eines rechnergestützten Bibliotheksdesigns entwickelt worden sind. Diese Technologien schränken das experimentelle Screening von Mutanten und der eingesetzten Materialien stark ein und ermöglichen gleichzeitig eine effektivere Verwirklichung der Zieleigenschaften. Um Plattformen für die Enzymherstellung in einem industriellen Maßstab zu vereinfachen, wurde eine Methodologie zur Enzym-Immobilisierung gestaltet, die sich auf das angewandte Verfahren anpassen lässt. Das Ziel bestand darin, die Stabilität zu verbessern und die Wiederverwendung von Biokatalysatoren zu ermöglichen. Zu wichtigen Entwicklungen zählen unter anderem die neuen Hydroxynitrillyasen, die auf Grundlage eines Reverse-Genetik-Ansatzes am Farn-Transkriptom über erfolgreiche Immobilisierung erreicht wurden. Dies könnte sich für den Schutz von Anbaupflanzen und für die Herstellung von Insektenabwehrmitteln als nützlich erweisen. Lyasen sind für die Herstellung qualitativ hochwertiger Medikamente und spezieller chemischer Produkte von hoher Bedeutung. Die Synthese kommerziell relevanter Moleküle wie bspw. chiraler Amine, Terpenoide und chiraler Cyanhydrine ist jetzt möglich. Die Erkenntnisse des Projekts wurden umfassend verbreitet, um einen breiten Rezipientenkreis zu erreichen, der aus führenden Industrieunternehmen, höheren Bildungseinrichtungen, politischen Entscheidungsträgern und der Öffentlichkeit besteht. Abgesehen von Schulungskursen und webbasierten Informatik-Tools erstellte das Team auch mehr als 25 Publikationen und mehrere Online-Mitteilungen. Die KYROBIO-Aktivitäten könnten der EU letztlich eine Spitzenposition im Bereich einer effizienten, nachhaltigen und umweltfreundlichen chemischen Herstellung verschaffen. Es wurde ein Patentantrag gestellt und die Pläne für die Kommerzialisierung sind in Kraft. Hiervon profitieren unter anderem Akteure in den Sektoren für Agrochemikalien, Feinchemikalien und pharmazeutische Produkte.
Schlüsselbegriffe
Biokatalysator, Enzym, Produkte chemischer Stoffe, Enantiomer, KYROBIO, Bioinformatik, Modellierung, Transkriptom,