Oxidative Enzyme entwerfen
Das EU-geförderte Projekt "Effective redesign of oxidative enzymes for green chemistry" OXYGREEN) entwickelte Werkzeuge für das Entwerfen von oxidativen Enzymen für industrielle und biotechnologische Anwendungen. Sie untersuchten drei Familien von Biokatalysatoren - nicht-Hämeisen-Alpha-Ketoglutarat-abhängige Dioxygenasen (KGDO), Baeyer-Villiger-Monooxygenasen (BVMO) und P450 Monooxygenasen von Säugetieren. Tiefere Einblicke in Funktion und Struktur der Enzyme brachten wichtige Erkenntnisse. Zehn neue Proteinstrukturen wurden erforscht und in die öffentlich zugängliche Protein Data Bank aufgenommen. Mit dem gesammelten Wissen wurde auch ein Film erstellt, der auf atomarer Ebene zeigt, wie selektive Oxidation bei einem Enzym stattfindet. OXYGREEN erstellte außerdem das frei verfügbare webbasierte Tool MuteinDB mit umfassenden Informationen zu Muteinen (mutierte Formen von Enzymen). Es wurden Methoden zur Konstruktion und Analyse hochwertiger Bibliotheken für Enzymmutanten entwickelt. Zu den Methoden gehören die elektrochemische Mikrotiterplatte für das Screening von P450 Monooxygenasen, enzymgekoppeltes Screening für BVMO und ein produktbasiertes Screening für KGDO. Die Forscher optimierten darüber hinaus die patentierte vierstufige Sequenz-Sättigung-Mutagenese-Methode sowie das 3D-Rechentool Mutagenesis Assistent Program. Interessante Enzymmutanten wurden durch das Screening der ausgewählten Enzymfamilien identifiziert. Die erzeugten P450 Monooxygenasen zeigten eine gute Leistung in einer industriellen Umgebung und wurden bereits patentiert. Hydroxyprolin ist eine Aminosäure, die in industriellem Maßstab nicht effizient hergestellt werden konnte, bis das KGDO-basierte biokatalytische Ganzzellverfahren entwickelt wurde. Dieser vielversprechende Bioprozess wird derzeit in einem Pilot getestet und der Technologietransfer fand bereits statt. BVMO finden weitreichende industrielle Anwendungen wie etwa die Synthese von 3-Hydroxypropionsäure, Duft-Lactonen und Monomeren von Polyamid-9. Einige der neu synthetisierten BVMO werden für die Patentanmeldung in Betracht gezogen, andere sind derzeit im Handel erhältlich. Die Erkenntnisse zum Enzym-Engineering und zur Technologie werden auf der OXYGREEN-Website bereitgestellt. Solche Kooperationen zwischen Wissenschaft und Industrie werden weitere Forschungen zur Enzymtechnik fördern und für eine schnelle Vermarktung von Produkten sorgen. Durch diese umweltfreundlichen, nachhaltigen und kosteneffizienten Bioprozesse aus erneuerbaren Ressourcen wird die Wettbewerbsfähigkeit der EU verbessert werden. Zu den möglichen Anwendungen gehört die Herstellung von Biokraftstoffen, Textilien, Duftstoffen, Düngemitteln, Lebensmittelzusatzstoffen, Verpackungsmaterialien und Medikamenten.
Schlüsselbegriffe
oxidatives Enzym, Enzym, Katalysator, chemische Reaktion, grüne Chemie, biotechnologisch, Alpha-Ketoglutarat-abhängige Dioxygenasen, Baeyer-Villiger-Monooxygenasen, P450 Monooxygenasen, Mutein, Hydroxyprolin, Polyamid-9
