Proteolytische Keramikkapillarmembranen für die präparative Produktion bioaktiver Peptide

• Antragsteller: Professor Dr. Sascha Beutel; Privatdozent Dr. Michael Maas
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278836263

Peptide stellen eine der wirksamsten Stoffgruppen in lebenden Organismen dar. Sie werden durch Hydrolyse der Nahrungsmittelproteine erzeugt und im Gastrointestinaltrakt vom Körper resorbiert. Die Funktionen dieser besonderen Gruppe von „bioaktiven“ Peptiden reichen von blutdrucksenkend über antioxidativ, blutverdünnend, Cholesterolspiegel-senkend, antimikrobiell bis hin zu Immunsystem-regulierend. Ein großer Teil der bioaktiven Peptide wurde bis heute nicht systematisch identifiziert und charakterisiert, auch eine genaue Zuordnung zur ursprünglichen Proteinquelle ist bisher nur selten möglich. Potentiell können aus einer Proteinquelle viele verschiedene Peptide hergestellt werden, die auch als ihr „Proteolysom“ bezeichnet werden. Eine systematische Untersuchung des Proteolysoms hat bis heute nur für Milchproteine und daraus abgeleitete Peptide stattgefunden, sodass nur wenig über die Proteolysome anderer relevanter Nahrungsmittelproteine bekannt ist. Hier setzt das vorliegende Folgeprojekt an, das eine kontinuierliche enzymatische Produktion von Peptiden grundlegend erforscht, sodass eine systematische Kartierung des Proteolysoms der wichtigsten Nahrungsproteine ermöglicht wird. In der ersten Projektphase wurden zu diesem Zweck tubuläre Keramikkapillarreaktoren entwickelt, auf denen verschiedene Proteasen aktiv immobilisiert wurden, vor allem die Serinprotease Alkalase zeichnete sich durch eine hohe proteolytische Aktivität aus. Entscheidender Vorteil dieses Systems ist die exakt reproduzierbare und genau einstellbare Herstellung spezifischer Peptid-Kompositionen („Peptidfingerprints“) in Abhängigkeit definierter Reaktionsbedingungen. Die erzeugten Peptide wurden im präparativen Maßstab chromatographisch fraktioniert und aufgereinigt. Im Folgeprojekt wird das Proteolysom mittels Massenspektroskopie und in silico-Verdau charakterisiert und anhand der etablierten Bioaktivitätsassays systematisch auf ihre bioaktiven Eigenschaften hin untersucht. Zudem werden die Eigenschaften der keramischen Kapillaren in Hinsicht auf Porengröße, verteilung, Ligandendichte, Oberflächenladung und Tortuosität weiter optimiert, um einerseits die Kontaktzeit von Substrat und Enzym zielführend zu gestalten und andererseits Verblockungen der Keramikporen zu verhindern. Das entwickelte Reaktorsystem soll außerdem zum Mehrkapillarmodul weiter aufskaliert werden und auch die Kombination verschiedener Module in Reihenschaltung wird getestet werden.Darüber hinaus hat die erste Förderphase die Möglichkeit aufgezeigt, das entwickelte Keramikkapillarreaktorsystem als Plattformtechnologie für andere proteolytische Anwendungen einzusetzen. Daher soll im Folgeprojekt zusätzlich evaluiert werden, inwiefern das Reaktorsystem beispielhaft auch für die kontinuierliche Abspaltung von Fusionsdomänen, wie z.B. His-tags, die Maturisierung von Präkursorproteinen, z.B. Procollagen oder die gezielte Spaltung von Antikörpern (Fab- oder Fc-Ketten) eingesetzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen