Herstellung eines Ganzzellbiokatalysators zur umweltfreundlichen Phenylessigs\u00e4ure-Synthese<\/p>\n
Phenylessigs\u00e4uren und strukturell verwandte Verbindungen spielen eine \u00e4u\u00dferst bedeutsame Rolle f\u00fcr die kosmetische und vor allem pharmazeutische Industrie. Neben Wirkstoffen gegen Krebs werden aus diesen Synthesestufen u. a. Virustatika, Penicilline und Schmerzmittel wie Ibuprofen oder Diclofenac hergestellt. Aufgrund der vielf\u00e4ltigen Anwendung im pharmazeutischen Bereich steigt der Bedarf an Phenylessigs\u00e4uren ebenso wie die Relevanz entsprechender Synthesen f\u00fcr die Umwelt stetig an.
Bisherige, konventionelle Verfahren beruhen u. a. auf der Hydrolyse von Phenylacetonitrilen oder der Carbonylierung von krebserregenden Benzylhalogeniden, was insbesondere erhebliche \u00f6kologische Probleme in sich birgt. So ist der Einsatz von teuren Metallkatalysatoren vielfach zwingend notwendig. Dar\u00fcber hinaus fallen durch den hohen Verbrauch an konzentrierten S\u00e4uren gro\u00dfe Volumina \u00f6kologisch bedenklicher Abw\u00e4sser an. Diese sowie andere Verfahren zur Phenylessigs\u00e4ure-Synthese gehen zudem mit einem oft sehr hohen Energieaufwand einher und sind selten selektiv, was die Bildung von teils toxischen Nebenprodukten zur Folge hat. Des Weiteren sind Nitrile, welche ebenfalls zur Synthese von Phenylessigs\u00e4uren eingesetzt werden und deren Herstellung durch die Verwendung von Cyaniden und organischen L\u00f6sungsmitteln \u00f6kologisch sehr bedenklich ist, verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig teure Ausgangsstoffe.
Im Vergleich zu den herk\u00f6mmlichen Syntheseverfahren vermag der Einsatz von geeigneten Enzymen aus dem Metabolismus einiger Bodenbakterien eine umweltfreundliche Alternative darzustellen. Die Styrol-Monooxygenase, Styroloxid-Isomerase und Phenylacetaldehyd-Dehydrogenase (PAD) sind Schl\u00fcsselenzyme des aeroben, bakteriellen Styrolabbaus. Sie katalysieren den Umsatz von Styrolen zu Phenylessigs\u00e4uren durch initiale Epoxidierung, Isomerisierung des Epoxids und nachfolgende Oxidation des Phenylacetaldehyds teils stereospezifisch und stets selektiv, wodurch es nicht zur Bildung von Nebenprodukten kommt. Einige Vertreter von Styrol-Monooxygenasen und Styroloxid-Isomerasen sind bereits umfangreich charakterisiert worden. Diese Studien zeigen das hohe biotechnologische Potenzial dieser zwei Biokatalysatoren, welche infolge ihres breiten Substratspektrums zur Transformation zahlreicher Styrol- bzw. Styroloxid-Derivate bef\u00e4higt sind. Eine umfassende Charakterisierung von Phenylacetaldehyd-Dehydrogenasen steht jedoch noch aus.
In einem ersten Projektziel wurden deshalb die Phenylacetaldehyd-Dehydrogenasen aus den Mikroorganismen Escherichia coli K-12, Sphingopyxis fribergensis Kp5.2, Rhodococcus opacus 1CP und Gordonia rubripertincta CWB2 durch Klonierung entsprechender Gene in rekombinante Wirtsorganismen gewonnen. Anschlie\u00dfend wurden bzw. werden diese Enzyme mit Hilfe eines in dieser Arbeit etablierten Enzymtests biochemisch charakterisiert, wodurch ein \u00dcberblick \u00fcber das biotechnologische Potenzial dieser Enzymgruppe erm\u00f6glicht bzw. vervollst\u00e4ndigt werden soll. Dabei zeigten sich bereits Unterschiede in der maximalen Aktivit\u00e4t, der geeigneten Cosubstrat-Konzentration, dem Substratspektrum, der Langzeit- sowie der Temperaturstabilit\u00e4t der Enzyme aus E. coli K-12 und S. fribergensis Kp5.2. Nach einer umfangreichen Studie zur Expression der PAD aus R. opacus 1CP und G. rubripertincta CWB2 erfolgt derzeit die biochemische Charakterisierung dieser Enzyme.
Zur Etablierung der umweltfreundlichen Phenylessigs\u00e4ure-Synthese ist nachfolgend geplant, die drei Enzyme des oberen Styrolabbaus auf Tr\u00e4germaterialien zu immobilisieren und zellfrei einzusetzen. F\u00fcr die PAD aus E. coli K-12 konnte bereits eine erfolgreiche Immobilisierung durchgef\u00fchrt werden. Weitere Studien zur Immobilisierung insbesondere anderer Dehydrogenasen sowie einer Styrol-Monooxygenase folgen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Herstellung eines Ganzzellbiokatalysators zur umweltfreundlichen Phenylessigs\u00e4ure-Synthese Phenylessigs\u00e4uren und strukturell verwandte Verbindungen spielen eine \u00e4u\u00dferst bedeutsame Rolle f\u00fcr die kosmetische und vor allem pharmazeutische Industrie. Neben Wirkstoffen gegen Krebs werden aus diesen Synthesestufen u. a. Virustatika, Penicilline und Schmerzmittel wie Ibuprofen oder Diclofenac hergestellt. Aufgrund der vielf\u00e4ltigen Anwendung im pharmazeutischen Bereich steigt der Bedarf an Phenylessigs\u00e4uren […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-52612","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20013\/289","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Zimmerling","dbu_stipendiaten_vorname":"Juliane","dbu_stipendiaten_titel":"","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2014-01-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2021-03-31 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"TU Bergakademie Freiberg Institut f\u00fcr Biowissenschaften AG Umweltmikrobiologie","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Michael Schl\u00f6mann","dbu_stipendiaten_email_dienst":"Juliane.Zimmerling@gmail.com"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52612","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52612\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":58624,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/52612\/revisions\/58624"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=52612"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=52612"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=52612"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}