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06.06.2013

Enzym-Elektroden für biotechnologische Synthesen

Die biotechnologische Herstellung von Grundchemikalien ist deshalb schwierig, weil entsprechende Enzyme oft nicht verfügbar sind oder nicht die für ein wirtschaftliches Verfahren notwendigen Aktivitäten aufweisen. Ein hohes Anwendungspotenzial existiert für Oxidationen, etwa wenn es darum geht C-H Bindungen selektiv zu oxidieren. Forscher aus Stuttgart und Reutlingen wollen in dem Tandem-Projekt „ElektroZym“ ein Cytochrom P450- Enzym auf chemische Umwandlungsschritte im Industriemaßstab trimmen. Dazu sollen die Proteine mit Carbon-Nanoröhrchen (CNT) gekoppelt werden.

Elektrozym
P450-Enzyme und Hightech-Elektroden über Nanoröhrchen koppeln - das ist das Ziel des Forschertandems unter dem Titel Elektrozym.
Quelle: 
Ramona Samba/NMI

Mit dem Projekt wollen die Forscher um Ramona Samba vom NMI in Reutlingen und Martin Weissenborn vom Institut für Technische Biochemie in Stuttgart einen Beitrag dazu leisten, Oxidationsreaktionen im industriellen Maßstab zu etablieren. „In das Tandemprojekt bringen wir unsere Erfahrungen zur Mikrosystemtechnik und der Elektrochemie ein“, sagt Ramona Samba. Das Stuttgarter Team um Martin Weissenborn und Bernhard Hauer beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung der Enzyme.

P450-Monooxygenasen sind komplexe Redox-Enzyme, die aufgrund ihrer Fähigkeit für selektive chemische Umwandlungen für die Industrie sehr interessant sind. Bislang werden sie aber nur in sehr wenigen biotechnologischen Prozessen eingesetzt. Einfachere enzymbasierte Verfahren bieten hier die Perspektive einer höheren Raumzeitausbeute und Volumenaktivität und würden somit die Herstellung von großen Produkten wie Butanol, Butandiol aus Butan oder Hydroxyfettsäuren aus Fettsäuren kostengünstig, umweltfreundlich und in hohen Ausbeuten ermöglichen.

 Das Forschertandem hat es auf die Entwicklung einer speziellen P450- Enzyms abgesehen. Durch die Kopplung dieses Enzyms an CNT-Elektroden soll es möglich sein, das Enzym durch direkten Elektronenübertrag und ohne teure Co-Faktoren als Katalysator zu nutzen. Dazu wollen die Forscher ein neuartiges Screeningsystem aufbauen, das die Optimierung des Enzym-Elektroden-Interfaces mittels Enzym-Engineering erlaubt. Bei Erreichen des Projektzieles kann durch Upscaling der „Enzymelektrode“ der neue Prozess für die enzymatische Produktion von hochwertigen Produkten, wie Diolen und Hydroxyfettsäuren eingesetzt werden. (pg)

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