ERA CoBioTech Call 1: HOMBIOCAT – Erzeugung hierarchisch organisierter und multifunktioneller heterogener Biokatalysatoren für die Synthese von -Aminosäuren aus erneuerbaren Startmaterialien.

Enzymkatalysierte chemische Synthesen eröffnen den Zugang zu Chemikalien in oftmals nebenproduktfreien und rasch verlaufenden Reaktionen unter Vermeidung von umweltschädlichen Schwermetallen. Insbesondere die zellfreie Biokatalyse unter Anwendung von Enzymkaskaden (systems biocatalysis) in Lösung entwickelt sich zunehmend zu einer Alternative zu synthetischen Biologie mit ganzen Zellen, da die Anwendung der Enzyme geringeren regulatorischen Auflagen unterliegt und ein auf diese Art und Weise konstruierter artifizieller Metabolismus leichter kontrollierbar ist. Jedoch leidet diese Technologie derzeit unter einer vergleichsweise geringen Prozess- und Kosteneffizienz. Die Anwendung löslicher Enzyme wird durch ihre nicht selten geringe Stabilität und Wiederverwendbarkeit limitiert. Zur Überwindung dieser Einschränkungen sollen in diesem Vorhaben multiple Enzyme anhand von Proteingerüsten assembliert werden, welche die räumliche Organisation der einzelnen Enzyme garantieren. Die so erhaltenen funktionalen Module werden anschließend auf porösen Materialien immobilisiert werden. Bei der Anwendung von immobilisierten Enzymen in Reaktionskaskaden tritt ohne eine an die Gesamtreaktion angepasste räumliche Vororganisation der Enzyme eine kinetische Limitation ein. Dieses Problem soll durch die Verwendung präzise steuerbarer Enzymaggregate umgangen werden. Die resultierenden heterogenen und multifunktionalen Biokatalysatoren werden anschließend in der Umsetzung erneuerbarer Rohstoffe zu -Aminosäuren verwandt werden, alle notwendigen Reaktionen werden dabei in einem Topf sowie unter in situ Cofaktor-Regeneration ablaufen. Die Erzeugung und Anwendung derartig heterogenisierter Biokatalysatoren wird in mehreren Arbeitsschritten erforscht werden. Diese innovative neue Plattform wird die Effizienz von Multi-Enzym-Kaskaden zur Umwandlung erneuerbarer Rohstoffe signifikant erhöhen.