Bioökonomie International 2019: BINOM - Biokatalytische Nanomaschinen

Biokatalyse optimiert verschiedene chemische Synthesen durch hohe katalytische Raten, Spezifität und Durchführbarkeit unter Umgebungsbedingungen. Insbesondere für die Umwandlung biogener Rohstoffe in Treibstoffe und Chemikalien spielt sie eine große Rolle. Aus historischen Gründen zählt zwar die Fermentation zu den erfolgreichsten Methoden, aber in den vergangenen Jahren erlangten Methoden unter Anwendung isolierter Enzyme immer größeren Wert durch ihre Entwicklung zu sogenannten Multienzymkaskaden. Diese können in "One-Pot"-Prozessen durchgeführt werden, aber für industrielle Anwendungen sind Methoden unter kontinuierlichem Fluss bevorzugt, weil sie viele Vorteile durch Vermeidung verschiedener Prozessprobleme wie der Substrat- bzw. Produktinhibition, durch das Gleichgewicht begrenzter Ausbeute und allosterischer Regulation aufweisen. Die biochemische Technologie des modularen kontinuierlichen Flusses ermöglicht außerdem, verschiedene komplexe Mehrschrittreaktionen flexibel zusammenzustellen. In letzter Zeit wurde versucht, manche technischen Herausforderungen zu überwinden, die eine breite Anwendung der biokatalytischen Methode des kontinuierlichen Flusses verhinderten: Cofaktor-Immobilisierung und ortspezifische Immobilisierung. Von CSIRO wurden Enzyme so modifiziert, dass diese Cofaktoren zurückhalten und wiederverwerten können. Diese sogenannten "Nanomaschinen" bestehen aus dem Cofaktor-abhängigen Enzym, einem Cofaktor-regenerierenden Enzym und dem Cofaktor, der kovalent zwischen diesen beiden gebunden ist, sowie einer zusätzlichen Immobilisierungsdomäne. Solche "Nanomaschinen" finden bereits Anwendungen in der pharmazeutischen Industrie. Ziel dieses Projekts ist, ein allgemeines Protokoll für schnelle und effiziente Entwicklung neuer "Nanomaschinen" für Anwendungen in Bioreaktoren zu etablieren und Vorteile dieser Technologie anhand eines Beispiels, nämlich der bereits etablierten Kaskade zur Konversion von Glucose zu Isobutanol, zu demonstrieren.