Enzyme aus der Natur für die industrielle Chemieproduktion
Selektive Oxidationsreaktionen unter Nutzung von Biokatalysatoren könnten für die Industrie eine der wichtigsten Umwandlungen sein. Gegenwärtig erfordern diese Reaktionen hochreaktive und teure Sauerstoffübertragungmittel (Katalysatoren), die oftmals eine schlechte Selektivität aufweisen. Oxygenasen aus der Natur wie etwa die Cytochrom-P450-Monooxygenase haben sowohl eine hohe Aktivität als auch eine gute Selektivität, was hochwertige Verbindungen ergibt, die auf konventionellen chemischen Wegen nur unter Schwierigkeiten, wenn nicht sogar überhaupt nicht herstellbar sind. Das mit EU-Finanzmitteln des Projekts P4FIFTY (Development of cytochrome P450 enzymes for the chemical manufacturing industries) unterstützte Schulungsnetzwerk sollte eine wesentliche Veränderung in der Umsetzung des Potenzials von P450 für die umweltfreundliche Oxidationschemie herbeiführen. Ziel war die Realisierung einer einstufigen Synthese komplexer Moleküle für Anwendungen in den Bereichen Arzneimittel, Aromen und Duftstoffe sowie im Feinchemiesektor. Internationale Experten berieten und betreuten die Forschungsstipendiaten, und erfahrene Forscherinnen und Forscher wurden über die Anwendung von Enzymen für industrielle Prozesse geschult. Praxisnahes Training wurde durch eine Vielzahl von „Meisterklassen“-Workshops, Kurse und Seminare sowie ein starkes industrielles Schulungselement ergänzt. Die Forscher nahmen außerdem an zahlreichen internationalen Treffen teil und beteiligten sich an internationalen Konferenzen und weiterreichenden Aktivitäten, etwa Vorträgen vor Schulkindern in einer Sommerschule für Chemie (Summer School of Chemistry). Die P4FIFTY-Mitglieder entdeckten neuartige Enzyme aus mehreren Pflanzensorten sowie verbesserten die Enzymaktivität und -selektivität unter Einsatz von Proteinfusion und Enzymtechnik. Im Einzelnen demonstrierte ein P450 aus Arabidopsis das Einwirken auf die TNT-Toleranz in Pflanzen, die zur Phytosanierung von kontaminiertem Boden genutzt werden könnten. Das Team entwickelte überdies neue Hochdurchsatz-Screening-Verfahren wie etwa kolorimetrische Assays und leistete Beiträge zu Verbesserungen in der Bioinformatik und Verfahrenstechnik. Zum Beispiel aktualisierten die Forscher die P450-Engineering-Datenbank (CYPED v6.0) die zur Verbesserung der Eigenschaften von P450 für eine bessere Synthese angewandt wurde. P450 können eine breite Vielfalt von industriell relevanten Reaktionen katalysieren und können das im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Routen besser, billiger und ohne aggressive chemische Stoffe. Die Aktivitäten im Rahmen von P4FIFTY haben Hilfestellung dabei geleistet, ein transeuropäisches Netzwerk aus industrienahen Biotechnologen zu schaffen, damit die chemische Produktion und die Pharmaindustrie in Europa vorankommt. Hiermit sollten neue Anwendungen sowie die Entwicklung neuer Prozesse angeregt und die EU-Wirtschaft auf einem Gebiet von wachsender Bedeutung gestärkt werden.
Schlüsselbegriffe
Enzym, Chemieproduktion, Cytochrom P450, P4FIFTY, Proteinfusion, Hochdurchsatz-Screening, Bioinformatik
