Konstruktion von Chimera Baeyer-Villiger Biokatalysatoren

15.08.2006 - 15.08.2009
Forschungsförderungsprojekt
Oxygenasen katalysieren die chemo-, regio- und stereoselektive Inkorporation von molekularem Sauerstoff in organische Moleküle. Bedingt durch die Natur des Oxidationsmittels (O2) sowie die Abbaubarkeit von Enzymkatalysatoren repräsentiert dieser Ansatz eine grüne und nachhaltige Methodik für umweltfreundliche Oxidationsreaktionen. Die stereoselektive Baeyer-Villiger Oxidation von Ketonen zu den entsprechenden Lactonen ist ein prominentes Beispiel für die Überlegenheit von Enzymen als Katalysatorsysteme gegenüber artifiziellen Organometall-Katalysatoren, v.a. hinsichtlich ihrer Selektivität. Allerdings haben die Abhängigkeit von Kofaktoren und deren Recyclierung sowie die geringe Stabilität von Baeyer-Villiger Monooxygenasen (BVMOs) bislang eine weitere Verbreitung unter Synthesechemikern verhindert. Kürzlich konnten wir zeigen, dass Ganz-Zell-katalysierte Baeyer-Villiger Biooxidationen mit Hilfe rekombinanter Organismen durchgeführt werden können. Derartige mikrobilelle Expressionsstämme für die benötigten Enzyme sind einfach in der Handhabung und erlauben die Synthese chiraler Lactone als Schlüsselintermediate bei der Darstellung von Naturprodukten und bioaktiven Verbindungen im Gramm-Maßstab im Labor. Ziel dieses Projektes ist es, das letzte Hauptproblem bei der Anwendung von BVMOs im Routinelaborbetrieb durch die Entwicklung thermostabiler Chimera-Enzyme zu lösen. Derartige χ-BVMOs sollen aus der Verbindung eines thermostabilen Enzyms aus einem moderat thermophilen Organismus (PAMO) mit BVMOs bakteriellen Ursprungs hervorgehen. Da PAMO selbst lediglich ein sehr enges Substratprofil zeigt ¿ wodurch es zu einem ungeeigneten Kandidaten für einen umfassend anwendbaren Katalysator wird ¿ versprechen zahlreiche andere BVMOs mit breiter und gut beschriebener Substratakzeptanz höhere Erfolgsaussichten, v.a. da diese Enzyme auch die Darstellung enantiokomplementärer Produkte erlauben. Durch die Kombination von PAMO und bakteriellen BVMOs als Elterngeneration sollen neue χ-BVMOs entstehen, aus welchen in Hochdurchsatzverfahren mittels Fluorescenztests Kandidaten mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden. In einer zweiten Phase werden diese neuen Biokatalysatoren durch den Einsatz von Zufallsund rationaler Verfahren aus der Molekularbiologie weiter optimiert werden. Am Ende dieses Prozesses steht eine Palette von χ-BVMOs, welche die gewünschte breite ubstratakzeptanz und Selektivität mit verbesserter Thermostabilität verknüpfen. Dies wird zur Etablierung der chiralen Baeyer-Villiger Biooxidation als Methode in der enantioselectiven Synthese beitragen. Darüber hinaus können weitere Rückschlüsse auf jene Enzymregionen gezogen werden, die generell wesentlichen Beitrag an der Effizienz dieser Biocatalysatoren haben, und somit unser Verständnis dieser faszinierenden Enzymfamilie vertieft werden.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Energy and Environment
  • Materials and Matter

Schlagwörter

DeutschEnglisch
gene shufflinggene shuffling
Biokatalysebiocatalysis
Thermostabilitätthermostability
Enzymmodifikationenzyme modification
Asymetrische Syntheseasymmetric synthesis