FWF - Engineering of cell reductions - Integriertes Prozessdesign zur Optimierung von Ganzzellreduktionen

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Enantiomerenreinheit ist eine Schlüsselcharakteristik der Effizienz und Sicherheit moderner Therapeutika. Die
pharmazeutische Industrie sucht daher nach chiralen Katalysatoren für die Prozessentwicklung. Ein bedeudender
Syntheseweg zur Herstellung chiraler Zwischenverbindungen ist die asymmetrische Reduktion von
Carbonylverbindungen. Die exquisiten stereochemischen Selektivitäten von Reduktasen sind jenen der
entsprechenden chemischen Katalysatoren deutlich überlegen, daher sind Biokatalysatoren die Methode der Wahl!
Reduktasen können in ganzen Zellen oder als isolierte Biokatalysatoren für die Reduktion von Ketonen verwendet
werden. Im vorangehenden Hertha Firnberg-Projekt Aldo-keto Reduktasen als Biokatalysatoren fokussierten wir
uns auf die Synthese industrie-relevanter, chiraler Alkohole durch Ganzzellreduktion. Allerdings limitierte die hohe
Toxizität der verwendeten Ketone Produktivität und Ausbeute durch schnelle Katalysator-Deaktivierung. Die
Stabilität von Biokatalysatoren ist ein Hauptproblem in fast allen Bioprozessen. Strategien zur Bewältigung dieses
Problems sind relevant hinsichtlich Grundlagenforschung sowie industrieller Anwendung. Unsere Untersuchung
der Auswirkung toxischer Substrate auf Enzym-, Zell- und Prozessebene wird zu Kriterien einer integrierten
Prozessentwickung führen.
Die Aldo-keto Reduktase 2B5, Xylose Reduktase aus Candida tenuis, zeichnet sich durch ein außerordentlich
breites Substratspektrum und hohe Stereoselektivität aus. Die Umsetzung sogenannter bulky-bulky ketones
konnte durch Loop-engineering des Enzyms mehr als 100-fach gesteigert werden. Kenntnis des detaillierten
Mechanismus der Aktivitätserhöhung könnte die Verwendung dieser Superfamilie von Reduktasen in der
Biokatalyse noch interessanter machen. Ganzzellkatalysatoren sind eine billige und einfache Variante, Reduktasen
einzusetzen und den für die Reaktion notwendigen Cofaktor NAD(P)H in situ zu rezyklieren. Wir planen den
systematischen Vergleich rekombinanter und natürlicher Ganzzellkatalysatoren basierend auf Xylose Reduktase
hinsichtlich Stereoselektivität, Umsetzungsgeschwindigkeit und Stabilitäten. Die Abhängigkeit der
Katalysatorstabilität von der Konzentration toxischer Substrate und Produkte wird Prozesslösungen zur
Substratzufuhr und in situ Produktentnahme leiten. Prozessoptionen werden im Hinblick auf industrielle
Verwendbarkeit geprüft. Die Komplexität und Multivarianz von Ganzzellreduktionen erfordert den Einsatz von
Operationsfenstern um die biologischen Limitierungen und industriellen Anforderungen zu visualisieren und zu
bewerten.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/1130/06/14