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14.06.2013

Enzcaps: Enzymkapseln in organischen Lösungsmitteln

Robin Ghosh will Enzyme einsperren: „Im Inneren von Mikrokapseln sollen sie aus einem Ausgangsprodukt in mehreren Schritten das gewünschte Endprodukt herstellen.“ Das Besondere an dem von Ghosh koordinierten Verbundprojekt „EnzCaps“ ist die Umgebung, in der die Reaktionen stattfinden sollen: organische Lösungsmittel. Das württembergische Team will so das Anwendungsspektrum der enzymatischen Biotechnologie erweitern. Viele wichtige Ausgangs- und Endprodukte sind nicht in wässriger Umgebung löslich. Enzymreaktionen in organischen Lösungsmitteln sollen hier einen Ausweg bieten. Doch bis es soweit ist, müssen zunächst einmal Enzyme entwickelt werden, die auch in der für sie ungewohnten Umgebung zufriedenstellend arbeiten.

Enzyme in Kapseln
Enzyme in Kapseln packen und so für die Arbeit in organischen Lösungsmitteln rüsten. Das ist das Ziel bei Enzcaps
Quelle: 
NMI, Reutlingen

Biosynthesen erfordern mehrere gekoppelte Enzymreaktionen. Da viele Substanzen nur teilweise in Wasser löslich sind, die meisten Enzyme hingegen in organischen Lösungsmitteln weniger aktiv oder sogar inaktiv sind, bleiben hier Biosynthesen im technischen Maßstab ein kompliziertes Unterfangen. Das Ziel des Projektes „EnzCaps“ ist es, synthetische, mit Enzymketten ausgestattete Mikrokapseln herzustellen. Dabei sollen die Enzyme auch beständig gegenüber organischen Lösungsmitteln sein. Bei der Entwicklung solcher OSR (organic solvent resistant)-Enzyme setzt das Verbundprojekt auf ein Mutagenese-basiertes Screening-Verfahren. Hieran arbeiten neben dem Team von Projektkoordinator Robin Ghosh von der Universität Stuttgart vor allem die Forscher um Hartmut Grammel von der Hochschule Biberach. Auch wenn das Ziel – die in Mikrokapseln eingesperrten Enzyme – ein sogenanntes zellfreies System ist, so arbeitet Grammel bei seiner Suche nach OSR-Enzymen durchaus mit Zellen. Sein Studienobjekt ist das violette Bakterium Rhodospirillum rubrum.

Oliver Sawodnys Aufgabe ist die mathematische Modellierung des Reaktionsprozesses. Der ebenfalls an der Universität Stuttgart tätige Ingenieur ermittelt, wie effizient die halbsynthetischen Enzymkaskaden in den Mikrokapseln die Reaktionen katalysieren – und wo bei dem mehrere Enzyme in Anspruch nehmenden Prozess die Engpässe liegen. Die Grundlage von Sawodnys Berechnungen sind dabei experimentell ermittelte Konzentrationen der Zwischenprodukte. Hier kommen Ionen- und Hochdruckflüssigkeitschromatographie und die Massenspektrometrie zum Einsatz. Der vierte Partner im Verbund ist Rumen Krastev. Der Materialwissenschaftler arbeitet am Reutlinger NMI und ist bei „EnzCaps“ für die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens zuständig. Sein Ziel ist die optimale Verknüpfung der miteinander fusionierten Enzyme mit den künstlichen Mikrokapseln.Als geeignetes Beispiel für die Synthese eines Naturstoffes in Anwesenheit von organischen Lösungsmitteln haben sich Ghosh und seine Partner auf die Herstellung von Terpenoiden über den Methyl-Erythritolphosphat(MEP)-Weg verständigt. Mit insgesamt mehr als 30.000 bekannten Vertretern sind Terpenoide die größte Naturstoffgruppe überhaupt. Während einige Verbindungen als Geruchsstoffe Verwendung finden, sind andere pharmakologisch bedeutsam, etwa der Wirkstoff Taxol in der Krebsmedizin. (ml)

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