Etablierung einer neuen Plattform für die H2-angetriebene asymmetrische Katalyse durch die Entwicklung eines Fusionsenzyms

• Antragsteller: Professor Dr. Lars Lauterbach; Professor Dr. Andreas Liese
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564665679

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Schaffung einer neuen Plattform für die H2-betriebene asymmetrische Katalyse, die bei der Synthese von Feinchemikalien eingesetzt werden kann. Um dies zu erreichen, wird ein bisher einzigartiges Fusionsprotein zwischen der löslichen [NiFe]-Hydrogenase (SH) aus Cupriavidus necator und der Old Yellow Enzyme (OYE)-En-Reduktase aus Thermus scotoductus entwickelt. In früheren Studien zeigte das OYE-Enzym einen Enantiomerenüberschuss ee > 99 % für die asymmetrische Reduktion von 2-Methylmaleimid zu (R)-2-Methylsuccinimid, das als Vorläufer für antimikrobielle Substanzen dienen könnte. Das konstruierte Fusionsenzym wird eine Biokatalyse mit hoher Atomeffizienz unter Verwendung von H2 ermöglichen, um sowohl Elektronen als auch Protonen für die asymmetrische Reduktion zu liefern. Die Untersuchung des Elektronentransfers im Fusionsprotein ist ein Hauptziel dieses Forschungsprojekts. Daher werden verschiedene Protein-Linker mit variablen Eigenschaften eingesetzt, um die Fähigkeit eines direkten Elektronentransfers zu testen. Letzteres würde die Notwendigkeit einer teuren Cofaktor-Regeneration bei Biotransformationen umgehen. Im Vergleich zum direkten Elektronentransfer werden natürliche und künstliche Elektronenträger untersucht. Die Charakterisierung kinetischer und thermodynamischer Parameter sowie die Optimierung der Betriebsbedingungen werden teilweise mithilfe einer automatisierten Reaktionsplattform durchgeführt. Die Inline-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) ermöglicht eine quantitative Substrat-Produkt-Analyse ohne Probenahme, und die chirale Gaschromatographie (GC) validiert die Stereochemie. Auf der Grundlage der Inline-Analytik wird eine automatisierte Reaktionsplattform entwickelt, die in ein umfassendes Forschungsdatenmanagementsystem (RDM) integriert ist und Datenaustauschstandards wie EnzymeML und Beiträge zu Datenbanken wie BRENDA umfasst, um die Einhaltung der FAIR-Prinzipien zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen