Erforschung magnetischer Nanopartikel als multifunktionelle Nanobiokatalysatoren

• Antragsteller: Dr. Sebastian Kolinko
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288781113

Das Cellulosom ist ein elegantes und raffiniertes Beispiel für die koordinierte Anordnung synergistischer Enzyme. Diese Cellulose abbauenden Komplexe werden von cellulolytischen Bakterien sekretiert und rekrutieren enzymatische Untereinheiten durch die spezifische Interaktion zwischen Kohäsinen und Dockerinen. Für die Enzym-Immobilisierung für biotechnologische Anwendungen werden häufig Nanopartikel mit spezifischen physikalischen, chemischen, optischen und elektrischen Eigenschaften verwendet. Dies führt zu einer erhöhten Enzymeffizienz sowie Stabilität und ermöglicht neue faszinierende Anwendungsmöglichkeiten durch die Kombination individueller Nanopartikel-Eigenschaften mit biologischer Enzymaktivität. Allerdings sind die meisten Anwendungen zurzeit auf einzelne Effektorproteine beschränkt.Um die kontrollierte Immobilisierung mehrere Effektorproteine zu ermöglichen, sowie die Effizienzsteigerung und Wiederverwendung von Enzymen zu untersuchen, werden wiederverwendbare und multifunktionale Nanomaschinen hergestellt, in dem synergistische Enzyme auf magnetischen biosynthetischen Nanopartikeln (Magnetosomen) verankert werden. Zu diesem Zweck werde ich synthetische Gerüstproteine nach dem Cellulosomen-Konzept für die Enzymimmobilisierung durch genetische Manipulation an membranumhüllte Nanopartikel, so genannte Magnetosomen, fusionieren. Hauptbestandteil der Gerüstproteine stellen Kohäsine unterschiedlicher Donor-Stämme dar, die durch die Interaktion mit ihren entsprechenden Dockerinen gewünschte Fusionsproteine immobilisieren. Des Weiteren werden die Gerüstproteine genetisch mit Membranankerproteinen der magnetischen Nanopartikel fusioniert.Die Zusammensetzung und Funktionalität unterschiedlicher multifunktionaler Nanomaschinen wird durch Fluoreszenzmikroskopie, biochemische Analysen und den Abbau widerstandsfähiger Biomasse evaluiert. Darüber hinaus wird die Wiederverwendbarkeit dieser magnetischen Nanomaschinen getestet. Das vorgeschlagene Projekt trägt zum grundsätzlichen Verständnis der Organisation von Enzymen im Nanobereich bei. Zudem erweitert es die Anwendungsmöglickeiten funktionalisierter Magnetosomen und hat das Potential für die Entwicklung hoch effizienter Nanobiokatalysatoren und umweltfreundlicher Anwendungen wie der Biospritproduktion aus Lignocellulose.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Steven Singer, Ph.D.