Die Idee: Werden etwa Zwischenprodukte direkt von Enzym zu Enzym weitergegeben, beschleunigt dies die Reaktion und vermeidet zugleich die Bildung von Nebenprodukten, die den Prozess stören könnten. Exemplarisch untersuchen die Forscher dazu die Biosynthese der wirtschaftlich bedeutenden chemischen Grundchemikalie 1,3-Propandiol aus Glycerin. In Vorarbeiten haben sie bereits erstmals gezeigt, dass eine durch drei Enzyme katalysierte Mehrschritt-Reaktion die Wirtschaftlichkeit der 1,3-Propandiol-Produktion drastisch steigern könnte.

„Unsere Voruntersuchungen der einzelnen Enzymreaktionen deuten darauf hin, dass bei Einsatz eines optimierten zellfreien Systems mit einer Verdopplung der Produktausbeute gegenüber etablierten Produktionsverfahren zu rechnen ist“, so Zeng. In ihrem Projekt wollen die Forscher die drei Reaktionsschritte zunächst in einem einzigen Bioreaktor zusammenführen, um zu untersuchen, wie die Enzyme und benötigte Kofaktoren voneinander getrennt oder aneinander gekoppelt werden müssen, um eine optimale Ausbeute zu liefern. In einem Folgeschritt sollen dann die verschiedenen Möglichkeiten der kaskadenartigen Anordnung und räumlichen Trennung der Enzyme getestet werden, von der die Forscher sich eine deutliche Beschleunigung der chemischen Reaktionen erhoffen.  „Das Verständnis darüber, wie Enzyme auf einem Trägermaterial angeordnet werden müssen, um Mehrschrittbiosynthesen zu beschleunigen, bildet die Basis für eine ganze Reihe von Produktionsverfahren für  Chemikalien, Energieträger und Arzneimittel“, so Zeng. Der Forscher arbeitet bereits seit 20 Jahren an der der Optimierung der Propandiol-Produktion. (tg)