Ziel meiner Forschung ist es, Konzepte der Synthesechemie, Biokatalyse und des Metabolic Engineerings zu vereinen um hochwertige und komplexe Chemikalien auf biologischem Weg herzustellen. Die Grundlage bildet das Prinzip der retrosynthonalen Synthese aus der organischen Chemie, wobei komplexe Moleküle entsprechend ihrer funktionellen Gruppen in einfache Bausteine zerlegt werden. Im Anschluss werden unterschiedliche lineare Synthesestrategien entwickelt um die effizienteste Methode für die Herstellung der gesuchten Produkte zu identifizieren. Alle nachfolgenden Syntheseschritte werden dann ausschließlich enzymatisch in einem artifiziell hergestellten metabolischen Stoffwechselweg im Wirtsorganismus E.coli realisiert. Die Zelle dient dabei als Chassis und natürliche Umgebung für die Enzymkaskade, liefert die Katalysatoren und notwendige Reaktionspartner wie die instabilen und sehr teuren Redox Cofaktoren NAD(P)+/NAD(P)H.Die Kombination verschiedener chemo-, regio- und stereoselektiven Biokatalysatoren in der lebenden Zelle ermöglicht eine äußerst effiziente und nachhaltige Methode für die Herstellung komplexer Moleküle, ohne aufwändige Isolation und Aufreinigung einzelner Zwischenstufen.

The general aim of my research is to apply a 'retrosynthetic' approach for the synthesis of chiral building blocks via a multi-enzymatic synthesis in living cells. Thereby, a de novo designed pathway of `non related enzymes will be introduced into the well established model organism Escherichia coli. The enzymatic cascade is designed by coupling enzymes according to their functional group transformations of a particular class of substrates. Hence, the de novo pathway will be linked to the central carbon metabolism of E.coli. Thereby the glycolytic substrate dihydroxy acetone and the corresponding product of the de novo pathway will undergo the final step of the enzymatic cascade. By merging both pathways the maintaining metabolism of the host and the new pathway gets highly inter connected. In order to study as many parameters as possible in the model systems it is the general vision to combine methods and tools of metabolic engineering, synthetic biology, systems biology, and biocatalysis, in particular a) metabolic flux analysis (MFA), b) metabolomics (LC-NMR-MS; LC-MS/MS), c) mathematic modeling (flux balance analysis (FBA)), and d) retrosynthetic analysis to conduct de novo design and application of non-natural biosynthetic platforms for multi-step-reactions in microorganisms.