Moleküle nach Maß: Biotech-Spin-Off der Jacobs University bietet industrielle Enzymoptimierung durch gelenkte Evolution

19.03.2009 - Deutschland

Biokatalysatoren zur Synthese von hochreinen chemischen Substanzen im industriellen Maßstab sind in der modernen Biotechnologie unverzichtbar. Die Leistungsfähigkeit solcher Enzyme in Bezug auf Effizienz und Produktgüte kann durch Modifikation ihres genetischen Codes entscheidend verbessert werden. Die jetzt von Wissenschaftlern unter Beteiligung der Jacobs University gegründete SeSaM-Biotech GmbH ermöglicht erstmals die Vermarktung eines an der Jacobs University entwickelten Patents zur Enzymoptimierung durch sogenannte "Gelenkte Evolution". Neben der SeSaM- (Sequence Saturation Mutagenesis) Technologie bietet das Spin-Off auch Auftragsforschung und Serviceleistungen an.

Katalysatoren steuern als Reaktionsbeschleuniger heute schon mehr als 80% aller großtechnischen Prozesse in der chemischen Industrie, etwa bei der Herstellung von Medikamenten, Pflanzenschutzmitteln, Kunst- und Farbstoffen. Die Entwicklung effizienter und selektiver Katalysatoren gehört daher zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Biologische Katalysatoren, insbesondere Enzyme, regulieren in Lebewesen tausende von Stoffumwandlungen mit oft perfekter Selektivität, weshalb viele bereits in biotechnologischen Syntheseverfahren "zweckentfremdet" wurden.

"Unter industriellen Bedingungen arbeiten Enzyme, die einem natürlichen Wildtyp entsprechen, oft suboptimal, liefern unerwünschte Nebenprodukte oder es wird generell ein modifiziertes Syntheseendprodukt benötigt" sagt Dr. Alexander Schenk, der wissenschaftliche Geschäftsführer der SeSaM-Biotech GmbH. "Und genau hier setzen wir mit unserer Technologie an: Um neue, für den jeweiligen Zweck maßgeschneiderte Enzymvarianten zu erzeugen und so den Syntheseprozess zu optimieren, nutzen wir eines der leistungsstärksten biologischen Entwicklungsprinzipien, das man kennt: die Evolution." Die Erbinformation der ursprünglichen Moleküle werde vervielfältigt, man tausche dabei aber nach dem Vorbild der Natur durch Mutationen zufällig Grundbausteine der Enzym-DNA aus, so Jungunternehmer Schenk, der 2005 in Mikrobiologie an der Jacobs University promovierte. Basierend auf den so gewonnenen DNA-Varianten würden viele verschiedene Enzymvarianten erzeugt, die man dann einer funktionsorientierten Selektion unterwerfe. Nach zahlreichen iterativen Zyklen aus Mutation und Selektion könne man dann die beste Variante identifizieren. "Was wir tun, ist gelenkte Evolution und viel schneller als der natürliche Prozess. Wir können so Enzyme und andere Proteine mit völlig neuen Eigenschaften schaffen", erläutert Schenk.

"Die Idee einer gelenkten Evolution im Reagenzglas gibt es schon seit ein paar Jahren", ergänzt Dr. Kang Lan Tee, ebenfalls Jacobs-Absolventin und ab April als zweite Geschäftsführerin zuständig für die wirtschaftlichen Belange der jungen Firma. "Unsere pantentierte SeSaM- (Sequence Saturation Mutagenesis) Technologie hat im Vergleich zu gängigen Methoden den Vorteil, dass sie einfach, schnell und kosteneffizient ist. Viel wichtiger ist jedoch, dass SeSaM erstmals durch ein völlig neues Konzept sicherstellt, dass Mutationen auch wirklich mit der gleichen Wahrscheinlichkeit an jeder Position des DNA-Moleküls entstehen können und sogar multiple, direkt benachbarte Mutationen innerhalb eines Codons möglich sind." Dies sei bei herkömmlichen Verfahren nicht der Fall. Hier häuften sich die Mutationen in bestimmten DNA-Abschnitten und direkt benachbarte Mehrfachmutationen seien unmöglich, erläutert Biotechnologin Tee. Dadurch entstünden quasi ,tote Winkel', in denen die DNA nicht variiert werden kann, wodurch wertvolles Entwicklungspotential verschenkt würde. "Eine maximale Variantenvielfalt bei der Herstellung von Mutantenbibliotheken ist jedoch eine wesentliche Vorraussetzung für eine erfolgreiche Enzymoptimierung - und eine der Kernkompetenzen von SeSaM-Biotech."

Geistiger Vater der SeSaM-Technologie, wissenschaftlicher Berater und einer der Firmengesellschafter neben der Jacobs University-Beteilugungsgesellschaft JCBS-Holding GmbH ist Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg. Der Experte für molekulare Biotechnologie steht heute an der Spitze des Biotechnologie-Lehrstuhls der RWTH Aachen, arbeitete jedoch bis Ende 2008 als Professor of Biochemical Engineering an der Jacobs University. Dort entwickelte er auch zusammen mit Alexander Schenk und anderen Mitarbeitern das SeSaM-Patent.

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