Chemikalien biologisch herstellen

Der Einsatz biologischer Katalysatoren - Enzyme - bei der Herstellung von Chemikalien birgt das Potenzial, eine Ausbeute von 100% zu erzielen. Forscher von Universitäten und Unternehmen aus Österreich, Deutschland, Schweden und den Niederlanden haben zusammengearbeitet, um die...

Der Einsatz biologischer Katalysatoren - Enzyme - bei der Herstellung von Chemikalien birgt das Potenzial, eine Ausbeute von 100% zu erzielen. Forscher von Universitäten und Unternehmen aus Österreich, Deutschland, Schweden und den Niederlanden haben zusammengearbeitet, um dieses Konzept industriell umzusetzen.



Hintergrund


Zahlreiche komplexe Verbindungen können in zwei Formen vorliegen: Sie haben die gleiche chemische Zusammensetzung, die gleichen chemischen Eigenschaften, eine spiegelbildliche Molekülstruktur, unterscheiden sich aber in ihrer biologischen Aktivität. Die Synthese dieser Chemikalien mit konventionellen Standardverfahren führt zu einer 1:1-Mischung beider Formen, und ihre Trennung ist sehr schwierig und kostspielig.



In der Natur taucht dieses Problem nicht auf, da biologische Prozesse sehr viel spezifischer sind als chemische. Ein geeigneter biologischer Katalysator, ein Enzym, bringt nur eine der beiden Formen hervor. Enzyme verfügen damit über das Potenzial, eine Ausbeute von 100 % des gewünschten Produkts zu ergeben. Die europäische Chemieindustrie könnte sich diesen Prozess zu Nutze machen, um reine Verbindungen zur Verwendung in Arzneimitteln und Pestiziden kostengünstiger zu produzieren.




Beschreibung, Wirkung und Ergebnisse


Ein Forscherteam aus vier EU-Ländern bündelte die Fachkenntnisse in einem Projekt der Europäischen Kommission über den Einsatz von Enzymen für die Herstellung reiner Chemikalien. Diese Biotechnologieprojekt war Teil des Life Sciences Programms der Europäischen Gemeinschaft.



Die Ergebnisse des kürzlich abgeschlossenen Projekts führten zur Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung bestimmter Enzyme aus Blättern von Hevea brasiliensis (Gummibaum) in großen Mengen. Der Einsatz dieses Enzyms als Katalysator für organische Reaktionen stellte sich allgemein als wegweisend für die Produktion einer großen Anzahl bedeutender chemischer Zwischenprodukte heraus, deren Mengen- und Reinheitsergebnis (>99 %) ausgezeichnet waren. Für ein solches Zwischenprodukt, das in der Herstellung für Agrochemikalien benutzt wird, wurde ein industrieller Prozess entwickelt, der nun im Industriemaßstab produziert.



Die Arbeit, die auch zu mehreren Patentanmeldungen geführt hat, wird die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie in dem schnell wachsenden Weltmarkt für Reinchemikalien in der pharmazeutischen und agrochemischen Industrie verbessern.




Organisation der Partnerschaft


Die Projektpartner aus vier EU-Ländern wählten einen multidisziplinären Ansatz. Vertreten waren vier Universitäten aus den Bereichen organische Chemie und Biotechnologie, die mit zwei Chemieunternehmen zusammenarbeiteten.



Für die Enzymtrennung und -charakterisierung waren die Universität Graz (Österreich) und die Universität Stuttgart (Deutschland) zuständig, während sich die Universiteit Delft (Niederlande) mit der Reaktionskinetik befasste. Die Reaktionsbedingungen für die Verwendung des Enzyms in organischen Lösungsmitteln wurden von der Lunds Universitet (Schweden) festgelegt. Roche Diagnostics (Deutschland) entwickelte einen Prozess für die Herstellung des Enzyms in großem Maßstab, und DSM Fine Chemicals (Österreich) entwarf ein Verfahren, mit dem sich das Enzym in einer Industrieanwendung einsetzen lässt.