Microbieller Abbau umweltschädlicher Guanidin-Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Steffen Hartig
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 585724039

Die zunehmende Freisetzung von bioaktiven Verbindungen anthropogenen Ursprungs stellt ein wachsendes Problem für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar. Guanidin-Derivate sind stellen ein Klasse besonders persistenter Verbindungen dar, die bisher weitgehend vernachlässigt wurden. Synthetische Guanidine sind chemisch stabil und daher schwer biologisch abbaubar, was zu ihrer Anreicherung in der Umwelt führt. Die biologische Sanierung mit speziell ausgewählten und optimierten Enzymen und Mikroorganismen stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, der bereits für mehrere Verbindungsklassen, darunter Organophosphate und Organohalogenide, erfolgreich angewendet wurde. Allerdings müssen solche Ansätze noch entwickelt werden für die Sanierung schädlicher und persistenter Guanidine. Im Rahmen unserer jüngsten Forschungsarbeiten haben wir mehrere bakterielle Enzyme und Stoffwechselwege identifiziert und charakterisiert, die potenziell schädliche Guanidine abbauen. Das Substratspektrum natürlich vorkommender Enzyme beschränkt sich jedoch meist auf biogene Guanidine, während industriell hergestellte Guanidine nur schlecht metabolisiert werden. Obwohl für einige wenige Guanidin-Derivate ein biologischer Abbau beobachtet wurde, sind die zugrunde liegenden Enzyme und Stoffwechselwege nach wie vor unbekannt. Kürzlich haben wir das Schlüsselenzym für den Abbau von Metformin und dessen mutmaßlichen evolutionären Vorläufer charakterisiert. Metformin ist ein Medikament gegen Typ-II-Diabetes und gehört zu den weltweit am häufigsten verschriebenen Arzneimitteln. Metformin und seine Metaboliten wurden weltweit in Oberflächen-, Grund- und sogar Trinkwasser nachgewiesen. Das Ziel dieses Projekts ist es, eine Screening-Plattform zur Isolierung von Mikroben zu etablieren, die schädliche Guanidine abbauen. In der Vergangenheit haben wir bereits mikrobielle Aktivitäten und Stoffwechselwege identifiziert und charakterisiert, die freies Guanidin sowie das Diabetesmedikament Metformin abbauen. In Vorarbeiten haben wir nun ein Bakterium isoliert, das Diphenylguanidin abbaut, einen schädlichen Vulkanisationszusatzstoff, der freigesetzt wird und sich in der Umwelt anreichert. Durch die Identifizierung und Charakterisierung von Enzymen, die dieses Additiv abbauen können, werden wir unser Verständnis darüber verbessern, wie sich diese Substanzen in der Umwelt anreichern und dort verbleiben. Weiter schafft der vorliegende Antrag die Grundlage für die Entwicklung von Strategien zur biologischen Sanierung persistenter Guanidine. Zu diesem Zweck werden wir unser Wissen über katabolische Stoffwechselwege und die Entdeckung von Enzymen sowie über die strukturelle und funktionelle Charakterisierung kombinieren, um robuste Enzyme für die biologische Sanierung zu identifizieren. Das Projekt wird neue Strategien zur Sanierung der Umwelt von schädlichen Guanidinen biotischen und anthropogenen Ursprungs liefern und damit einen bedeutenden Beitrag zur ökologischen Nachhaltigkeit leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen