Chemoselektive Reagenzien zur Stabilisierung und modularen Kopplung von Enzymen

• Antragsteller: Professor Dr. Tom N. Großmann
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576988756

Die selektive chemische Modifizierung exprimierter Proteine ist für viele biotechnologische und therapeutische Anwendungen unerlässlich, z. B. für die Herstellung von Antikörper-Wirkstoff-Konjugaten, die Markierung von Proteinen in ihrer biologischen Umgebung und für die Immobilisierung von Proteinen. Bisher wurden kovalente Modifizierungsstrategien nur selten eingesetzt, um die Stabilität und Aktivität von Enzymen zu erhöhen. Insbesondere biokatalytische Prozesse, bei denen Enzyme zur chemischen Umwandlung organischer Moleküle eingesetzt werden, könnten jedoch von derartigen Modifizierungen stark profitieren. Bislang konzentrierten sich biokatalytische Anwendungen hauptsächlich auf die Verwendung relativ stabiler Enzyme, die in der Regel einstufige Reaktionen durchführen, was deren Anwendbarkeit stark einschränkt. In Zellen sind zusammen agierende Enzyme zumeist in bestimmten Kompartimenten lokalisiert, sodass das Substrat von einem zum nächsten gelangen kann, was effiziente „Kaskaden“-Reaktionen ermöglicht. Ein solcher Aufbau ist auch für biokatalytische Anwendungen in vitro wünschenswert. Die meisten biokatalytischen Prozesse verwenden jedoch isolierte Enzyme, die nur einstufige Reaktionen erlauben. Multi-Enzym-Prozesse könnten die Produktivität und Effizienz biokatalytischer Anwendungen erheblich steigern, doch fehlen derzeit allgemein anwendbare Methoden, die eine modulare und räumliche Organisation von Enzymen erlauben. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts soll ein neuartiger Ansatz für die Erzeugung stabiler Enzyme entwickelt werden, der die Kombination verschiedener Enzyme für effiziente biokatalytische Prozesse erlaubt. In der Arbeitsgruppe wurden bereits „Proteinklammern“ entwickelt, die eine Stabilisierung von Enzymen ermöglichen. Diesen Ansatz wollen wir nun nutzen, um über den derzeitigen Stand der Technik hinauszugehen und eine allgemeine Stabilisierungsstrategie für Enzyme zu entwickeln, die den definierten Aufbau von biokatalytischen Modulen erlaubt. Aufbauend auf unserer Expertise in der bioorganischen Synthese und im Proteinengineering werden neuartige molekulare Klammern entwickelt mit denen stabile multi-Enzymstrukturen aufgebaut werden die effiziente Kaskadenreaktionen katalysieren können. Das vorgeschlagene Projekt strebt also die Entwicklung einer allgemeine Methode zur Herstellung robuster und effizienter Biokatalysatoren an, die beispielsweise bei der Etablierung nachhaltiger Produktionsprozesse Anwendung finden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Ivana Drienovska; Dr. Francesco Mutti