Biochemiker entwickeln Methode zur Entwicklung maßgeschneiderter Enzyme
Verfahren vereinfacht klassische chemische Synthese und spart Geld
Biochemikern der Universität Leipzig ist es gelungen, eine effiziente und kostengünstige Methode zur Herstellung "maßgeschneiderter Enzyme" zu entwickeln, die für die chemische und die Waschmittelindustrie sowie andere Branchen unerlässlich sind. Prof. Dr. Andrea Robitzki, Direktorin des Biotechnologisch-Biomedizinischen Zentrums (BBZ), und ihr Team forschten drei Jahre lang an einem Verfahren, bei dem speziell designte Enzyme auf einem Biochip mit 96 Elektroden entstehen. Diese können bei jeder klassischen chemischen Synthese als natürliche Katalysatoren verwendet werden. Dadurch wird der bisher bei diesem Verfahren benutzte und sehr kostenintensive sogenannte Ko-Faktor - ein künstlicher Katalysator zum Aktivieren der Enzyme - nicht mehr gebraucht.
Bei diesem komplizierten Verfahren werden Mikroelektroden auf einer Biochip-Platte und ein darauf aufgebrachtes Enzym unter Strom gesetzt. Das Enzym und die Mikroelektroden sind so optimiert, dass dadurch die Elektronen direkt auf das Enzym übertragen werden können. Dadurch wird das Enzym aktiviert und ist in der Lage, eine chemische Reaktion zu katalysieren. Diese derart optimierten "Design-Enzyme" sind beispielsweise eine wichtige Grundlage für die Herstellung von Waschmitteln. "Ziel ist es, eine chemische Reaktion zu ermöglichen - ohne den teuren Ko-Faktor zur Aktivierung des Enzyms. Das ist uns jetzt gelungen", sagt Robitzki. Da der Biochip über 96 Elektroden verfügt, können bis zu 96 verschiedene Enzyme gleichzeitig mit verschiedenen Substanzen in Verbindung gebracht werden. So können die Fachleute viel einfacher und schneller als bisher testen, welches Enzym sich am besten beispielsweise für die Waschmittelherstellung eignet, etwa die Reinigungskraft verbessert.
"Es ist sehr kompliziert, solche Enzyme zu entwickeln", erklärt Robitzki. Sie und ihr Team haben dafür lange an hochmodernen Geräten, teilweise auch im Reinraum, gearbeitet. Besonders schwierig war es unter anderem, die genau passende Niedrigspannung oder den richtigen Winkel zu finden, mit dem das Enzym auf die Mikroelektroden aufgebracht wird.
Noch befindet sich der Prototyp aus Robitzkis Arbeitsgruppe in der Entwicklung. Der entscheidende Schritt ist jedoch geschafft. Ziel ist eine industrielle Nutzung dieser maßgeschneiderten Enzyme. "Dafür haben wir jetzt die Grundlage geschaffen", sagt der Biochemiker Dr. Heinz-Georg Jahnke, der Ko-Autor des Papers ist. Die Leipziger Forscher denken, dass ihr Prototyp in zwei bis drei Jahren im großen Maßstab für die industrielle Katalyse einsetzbar sein wird.
Originalveröffentlichung
Ronny Frank, Marcus Klenner, Ronny Azendorf, Manuel Bartz, Heinz-Georg Jahnke, Andrea A. Robitzki; "Novel 96-well quantitative bioelectrocatalytic analysis platform reveals highly efficient direct electrode regeneration of cytochrome P450 BM3 on indium tin oxide"; Biosensors and Bioelectronics; 2016
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