Entwicklung eines biotechnologischen Enzymkaskaden-Prozesses zur Produktion chiraler beta-Aminosäuren

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Ulrike Engel
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290767188

Ziel dieses Projektes ist es, einen Prozess zur Synthese chiraler beta3-Aminosäuren basierend auf einer enzymatischen Kaskadenreaktion ausgehend von racemischen (aryl-) substituierten Dihydropyrimidinen zu entwickeln. Die Enzymkaskade soll aus einer Dihydropyrimidinase und einem Enzym zur Decarbamoylierung von N-Carbamoyl-beta3-Aminosäuren bestehen. Dadurch erhält man direkten Zugang zu chiralen beta3-Aminosäuren, ausgehend von Edukten, die aus preiswerten Vorstufen (Harnstoff und Zimtsäurederivate) synthetisierbar sind. Für dieses Projekt stehen eine Vielzahl verschiedener Dihydropyrimidinasen bzw. Biokatalysatoren mit Dihydropyrimidinaseaktivität zur Verfügung. Zusätzlich soll erstmalig gezielt nach Enzymen für die Decarbamoylierung von N-Carbamoyl-beta3-Aminosäuren gescreent werden. Bisher sind keine Enzyme für diesen Reaktionsschritt bekannt. Dies liegt aber daran, dass die enzymatische Decarbamoylierung erst kürzlich in den Fokus der Biokatalyseforschung gerückt ist. Es wird erwartet, dass im Rahmen dieses Projektes mehrere Enzyme mit dieser Fähigkeit gefunden werden. Im Einzelnen sollen Dihydropyrimidinasen und decarbamoylierende Enzyme mit molekularbiologischen Methoden identifiziert, ausführlich biochemisch charakterisiert, optimiert und schließlich für einen Prozess rekombinant zur Verfügung gestellt werden. Die rekombinanten Enzyme sollen geeignete Affinitätstags tragen, die zum einen für die Enzymaufreinigung und zum anderen für die Immobilisierung (z.B. in Mikrofluidiksystemen) geeignet sind. Außerdem sollen die zur Verfügung stehenden neuen (aryl-)substituierten Substrate ausführlich charakterisiert und eine entsprechende Analytik (HPLC, Photometer, Dünnschichtchromatographie, Polarimetrie) etabliert werden. Mit den gewonnenen Daten sollen verschiedene neue und innovative Prozessvarianten (das Teabag-System zur Immobilisierung ganzer Zellen und die Immobilisierung gereinigter Enzyme im Mikrofluidiksystem) getestet und verglichen werden. Am Ende des Projektes steht eine Toolbox verschiedener Dihydropyrimidinasen und decarbamoylierender Enzyme zur Verfügung. Unter Anwendung der optimalen Prozessvariante kann damit die gewünschte chirale beta3-Aminosäure mit dem Enzymkaskadenprozess effizient hergestellt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen