Charakterisierung der tert.-Butylalkohol (TBA)-Monooxygenase als Enzym mit Potential zur Synthese von chiralen Produkten

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Franziska Schäfer

Wirkstoffe, die in Medizin und Landwirtschaft zum Einsatz kommen, haben oft einen chiralen Charakter, so dass zwei enantiomere (Spiegelbild-Isomere) Formen von einer Verbindung existieren. Chirale Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, das in der Regel nur eines der Enantiomere die gewünschte Wirkung erzielt, während das andere Enantiomer wirkungslos ist oder sogar hemmende bzw. schädigende Wirkung hervorruft. Die chemische Synthese chiraler Wirkstoffe führt zwangsläufig zur Bildung des Razemates, eines 1:1 Gemisches beider Enantiomere. Bisher praktizierte Lösungen zur Synthese enantiomerenreiner Wirkstoffe sind enantioselektive chemische Methoden, die meist umweltunverträglich oder mit hohem Kostenaufwand verbunden und somit für große Maßstäbe unpraktikabel sind. Es gibt bereits biotechnologische Lösungen, die zwar umweltverträglich sind, aber auf dem Razemat basierend ein Enatiomer davon umsetzen. Dabei werden folglich nur 50% des Ausgangsmaterials genutzt, was höchst unökonomisch ist. Die Tatsache, dass bei den meisten pharmazeutischen Produkten noch das Razemat zum Einsatz kommt, zeigt, dass noch keine adequate Lösung vorhanden ist. Ziel der Arbeit ist eine biotechnologische Lösung unter Nutzung eines neuartigen Enzyms, der TBA-Monooxygenase, zur direkten Synthese chiraler „Bausteine“, ohne razemische Zwischenstufe. Das Enzym katalysiert die Hydroxylierung von TBA im Bakterienstamm Aquincola tertiaricarbonis L108, die eine Schlüsselreaktion beim Abbau von Methyl-tert.butylether darstellt. Um das Potenzial des Enzyms zur enantiospezifischen Oxidation von Substraten zu nutzen, wurden die katalytischen Eigenschaften der Monooxygenase umfassend charakterisiert. Dabei wurden die Enzymkinetik und das Substratpektrum des Enzyms untersucht. Die Bildung chiraler kurzkettiger Alkohole konnte für ein Beispiel nachgewiesen werden. Im Labormaßstab sollen im weiteren Verlauf der Arbeit Kultivierungstechniken zur enantiospezifischen Produktsynthese im Ganzzellsystem optimiert werden. Um die Palette der möglichen und gewünschten Produkte und Spezifitäten zu erweitern, insbesondere die sterische Ausrichtung nach Oxidation geeigneter Ausgangssubstanzen betreffend, sollen Oxygenasen weiterer Stämme in die Betrachtung mit einbezogen werden.Publikationen:Schäfer F, Muzica L, Schuster J, Treuter N, Rosell M, Harms H, Muller RH, Rohwerder T: Formation of Alkenes via Degradation of tert-Alkyl Ethers and Alcohols by Aquincola tertiaricarbonis L108 and Methylibium spp. Appl Environ Microbiol 2011, 77(17):5981-5987.

Förderzeitraum:
01.01.2009 - 31.12.2011

Institut:
Universität Leipzig
Institut für Biochemie

Betreuer:
Prof. Dr. Hauke Harms

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: http://www.ufz.de/index.php?de=16782

Biotechnologisches Verfahren zur Synthese chiraler Produkte
Biotechnologisches Verfahren zur Synthese chiraler Produkte