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Anaerobe Mikroorganismen gehören zu den ältesten Lebewesen der Erde. Da Sauerstoff für sie lebensbedrohlich ist, haben sie spezielle Stoffwechselwege entwickelt, die ihnen ein Überleben in sauerstofffreien Regionen wie im menschlichen Darm oder in vulkanischen Sümpfen ermöglicht. Auch die Fähigkeit, Kohlenstoff zu binden, ist bei anaeroben Mikroorganismen besonders effizient. Hierbei spielt der Enzymkomplex Kohlenmonoxid-Dehydrogenase/Acetyl-CoA-Synthase (CODH/ACS) eine wichtige Rolle.

Katalytischer Zyklus des Enzymkomplexes aufgeklärt

Forschende der Universität Potsdam und der Humboldt-Universität zu Berlin haben nun erstmals mithilfe hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) den katalytischen Zyklus des Enzymkomplexes aufgeklärt. „Die Effizienz dieser Reaktion macht die CODH/ACS zu einem vielversprechenden Enzymkandidaten für die Biokraftstoffproduktion aus Kohlendioxid“, schreibt das Team im Fachjournal „Nature Catalysis“.

Enzymkomplex bestimmt Reaktionsfolge

Die Untersuchung mittels Kryo-EM-Methode ergab, dass sich der Enzymkomplex im Verlauf chemischer Reaktionen bewegt und so die Reaktionsfolge bestimmt. „Unsere Kryo-EM-Karten von sechs Zwischenzuständen der CODH/ACS sind so hoch aufgelöst, dass die an das Metallzentrum gebundenen Moleküle eindeutig mit den Bewegungen des Proteins korreliert werden können“, berichtet Jakob Ruickoldt, Erstautor der Studie. Die Katalyse dieses Enzymkomplexes basiert demnach auf verschiedenen Nickel-Eisen-Metallclustern, die Kohlendioxid in mehreren Schritten in das Biomolekül Acetyl-Coenzym A umwandeln. Acetyl-CoA spielt eine Schlüsselrolle beim Stoffwechsel und ist Ausgangsstoff für verschiedene Biosynthesen.

Potenzial für biotechnologische Kohlenstofffixierung 

„Durch den Einsatz dieser Methode haben wir herausgefunden, wie die Bindung der verschiedenen Moleküle das aktive Zentrum für den nächsten Reaktionsschritt vorbereitet und so Nebenreaktionen und den Verlust von wertvollen Reaktionszwischenstufen verhindert. Dieses Wissen wird helfen, die Katalyse des uralten Enzymkomplexes für die biotechnologische Kohlenstofffixierung zu nutzen“, sagt Petra Wendler, Mitautorin der Studie.

bb

Am Forschungsstandort von Wacker in München-Sendling wurde nach drei Jahren Bauzeit das WACKER Biotechnology Center eröffnet. Mit dem Neubau wurden Kapazitäten geschaffen, um das Wachstum des Konzerns in der Life-Science-Sparte voranzutreiben. Laut WACKER flossen dafür Investitionen im zweistelligen Millionenbereich in das Projekt.

Biotechnologie-Forschung bündeln und stärken

„Mit dem WACKER Biotechnology Center bündeln und stärken wir unsere Forschungsaktivitäten in der Biotechnologie. Wir sehen auf diesem Gebiet großes Wachstumspotenzial, weshalb wir hier investieren – auch in wirtschaftlich herausfordernden Zeiten“, erklärte WACKER Vorstandschef Christian Hartel bei der Eröffnung.

Durch die Bündelung der biotechnologischen Forschung und Entwicklung unter einem Dach solle die Forschungsarbeit effizienter werden, verkündet das Unternehmen. Daneben will Wacker Innovationen schneller in die Anwendung bringen. „Es reicht längst nicht mehr, nur die beste Lösung zu haben. Es wird immer wichtiger, auch mit dieser Lösung als Erster beim Kunden zu sein“, sagt Hartel. Das neue Forschungsgebäude soll daher auch Möglichkeiten zur Vernetzung und Zusammenarbeit bieten.

Forschung an neuen Inhaltsstoffen für eine gesunde Ernährung

Im Forschungsneubau wird künftig verstärkt nicht nur an Verfahren zur Herstellung von Biopharmazeutika geforscht. Mit der Entwicklung neuartiger Inhaltsstoffe für Nahrungs- und Nahrungsergänzungsmittel will Wacker einen Beitrag zur gesunden und nachhaltigen Ernährung heutiger und zukünftiger Generationen leisten.

Der Neubau war notwendig, weil die Forschungskapazitäten des Konzerns seit dem Ausbau des Biotechnologiegeschäfts in den 1980er Jahren an seine Grenzen gestoßen sind. Das vierstöckige Gebäude umfasst etwa 1.500 Quadratmeter Labor- und Technikumsfläche sowie 700 Quadratmeter Bürofläche. Es bietet Platz für rund 90 Mitarbeitende. 

bb