LGB - Lichtgetriebene Ganzzell-Biotransformationen in lebenden Zellen zur nachhaltigen Synthese wertvoller Chemikalien

Das vorliegende Vorhaben zielt auf die Entwicklung Cofaktor-freier selektiver Redoxreaktionen zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der chemischen Industrie. Oxidoreduktasen gehören zu den wichtigsten biotechnologisch genutzten Enzymen und bieten aufgrund ihrer Selektivität und milden Reaktionsbedingungen einen niedrigen Energieverbrauch. Sie werden zunehmend auch zur Synthese von Plattformchemikalien eingesetzt, wo sich ihre Umweltvorteile in einem erheblich größeren Maßstab auswirken. Eine inhärente Limitierung all dieser Enzyme auf dem Weg zu großtechnischen Prozessen ist jedoch der stöchiometrische Bedarf an organischen Verbindungen wie Glukose oder Isopropanol als Elektronendonoren für das notwendige Recycling der teuren Cofaktoren NADH oder NADPH. Dies resultiert in einer sehr geringen Atom-Effizienz für die Gesamtreaktion. Da nur ein kleiner Teil der gespeicherten chemischen Energie dieser Moleküle für die Umsetzung genutzt wird, können aus dem Elektronendonor Nebenprodukte gebildet werden, deren Abtrennung zusätzliche Energie kostet. Rekombinante Cyanobakterien ermöglichen die Nutzung von Wasser als umweltfreundlichem Elektronendonor und damit die Einsparung der Opfersubstrate. Cyanobakterien können hohe Konzentrationen des Cofaktors NADPH bilden und bieten damit potenzielle Vorteile gegenüber heterotrophen Produktionssystemen, bei denen die Bereitstellung von NADPH schwierig ist. In Vorarbeiten gelangen mit einer stereoselektiven Reduktion spezifische Aktivitäten, die mit dem etablierten Produktionssystem E. coli vergleichbar sind. Dabei zeigte sich, dass die durch die Lichtstreuung limitierte Zelldichte und die Viabilität der Cyanobakterien die wichtigsten Herausforderungen auf dem Weg zu einer biotechnologischen Nutzung sind.