Enzyme für eine umweltfreundliche Industrie
Synthetische Chemikalien werden eingesetzt, um alles von Dünge- und Reinigungsmitteln bis hin zu verarbeiteten Lebensmitteln, Kosmetika und Pharmazeutika herzustellen. Der Industriebereich der chemischen Synthese ist sehr groß, und die Produktion ist teuer und zeitaufwändig und verursacht häufig toxische Abfallströme. Wissenschaftler initiierten daher das EU-finanzierte Projekt "Developing the next generation of biocatalysts for industrial chemical synthesis" (BIONEXGEN), um auf der Basis von natürlichen Enzymen umweltfreundlichere Herstellungsprozesse zu schaffen. Das Konsortium identifizierte vier Klassen von Reaktionen, bei denen die Biokatalysatoren zu einer deutlichen Verringerung der Treibhausgas-Emissionen, des Energieverbrauchs und der giftigen Abfälle beitragen können. Amine werden verwendet, um Pharmazeutika, Polymere, Spezialchemikalien und Agrochemikalien herzustellen. Wissenschaftler entwickelten Bibliotheken von Enzymen, die Amine produzieren, und identifizierten die meistversprechenden unter ihnen für die kommerzielle Nutzung. Polymere, von denen die meisten aus fossilen Brennstoffen stammen, machen die Mehrheit der chemischen Produkte auf dem Markt aus. Wissenschaftler identifizieren neue biologische Bausteine (Monomere), um Polymere mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten. Unter Verwendung einer Reihe neuartiger Enzyme wurden mehrere Wege zur Synthese von Polymeren entdeckt. Die Herstellung von Glykosiden und Oligosacchariden ist eine der größten Herausforderungen im Bereich der organischen Synthese. Wissenschaftler identifizieren neue Enzyme für die Synthese von Oligosacchariden und entwickelten für sie eine Produktionsmethode, die Stärke als nachwachsenden Rohstoff einsetzt. Oxidasen sind Enzyme, die potenziell gefährliche Oxidationsmittel ablösen können. Forscher synthetisierten eine Vielzahl von Substraten und nutzten sie, um die erfolgreiche Oxidation einer Reihe technisch relevanter Verbindungen nachzuweisen. Das Konsortium entwickelte zudem Basistechnologien wie Fermentationsverfahren, Enzymimmobilisierung und ein Verfahren zur Aggregation funktioneller Enzyme. Darüber hinaus wurde im Rahmen von BIONEXGEN ein Handbuch zur Prozesstechnologie erstellt, das die von den Projektforschern entwickelten Methoden katalogisiert. Es wird erwartet, dass BIONEXGEN eine dauerhafte Auswirkung auf die Bereiche der industriellen Chemie und der Biotechnologie in der EU haben wird, da neue Enzym-basierte chemische Herstellungsprozessen aus dem Projekt hervorgehen werden. Durch die Einbindung der Projektergebnisse in die konventionellen chemischen Verfahren können Emissionen, Energieverbrauch und giftige Abfälle reduzieren werden.
Schlüsselbegriffe
Enzyme, chemische Synthese, Giftmüll, Biokatalysatoren, Amine
