EU - HOTZYMES - Neugestaltung der Biokatalyse: Thermotuning von multienzymatischen Eintopfkaskaden durch Nanoaktivierung

Enzymatische Kaskaden eröffnen den Weg zur effizienten Umsetzung komplexer Biotransformationen für die Produktion von hochpreisigen Pharmazeutika bis hin zu kostengünstigen Bio-Rohstoffen. Für mehrstufige synthetische Systeme, die durch inkompatible oder ungepaarte enzymatische Kaskaden katalysiert werden, müssen jedoch noch effiziente zellfreie Eintopf-Systeme entwickelt werden, bei denen die Enzyme perfekt orchestriert und reguliert werden. In HOTZYMES schlagen wir vor, ein neues, bahnbrechendes Konzept zu entwickeln, um die funktionelle Kontrolle über verschiedene Enzyme durch magnetische Erwärmung auszuüben. Wir erwarten, dass wir die Enzymaktivität kontrollieren, indem wir Enzyme und magnetische Nanopartikel konjugieren und Temperaturgradienten im Nanobereich so einstellen, dass sie präzise und lokal die optimale Temperatur jedes immobilisierten Enzyms erreichen. Dies wird eine beispiellose räumlich-zeitliche Kontrolle über die Kinetik multienzymatischer Kaskaden durch das ferngesteuerte Anlegen von Magnetwechselfeldern ermöglichen. Um eine einfache Trennung, Wiederverwendung und Integration in Bioreaktoren zu gewährleisten, werden diese Konjugate in poröse Mikropartikel integriert. Um diesem technologischen Durchbruch gerecht zu werden, müssen wir eine neue Generation von magnetischen Bioreaktoren entwickeln und herstellen, die speziell für den Bereich der Biokatalyse entwickelt wurden. Wir müssen grundlegende Fragen zu den physikalischen Mechanismen beantworten, die den Wärmeübergang/die Diffusion zwischen magnetischen Materialien und Biomolekülen auf verschiedenen räumlichen Skalen regeln, indem wir verschiedene wissenschaftliche und technologische Disziplinen und Fachkenntnisse zusammenbringen. HOTZYMES wird somit dazu beitragen, die derzeitigen industriellen Biotransformationen von einem unbefriedigenden aktuellen Paradigma (unkoordinierte Enzymfunktion, sequentielle Reaktionen, Einweg-Bioprozesse) zu verändern.