Universität Stuttgart - Fakultät für Chemie - Institut für Biochemie und Technische Biochemie (IBTB)
Allmandring 31
70569 Stuttgart

22008005

01.08.2005

Ziel des Verbundvorhabens war die Entwicklung von Biokatalysatoren, die eine nachhaltige Synthese von Tensiden und anderen kosmetischen Inhaltsstoffen auf Basis von biosystemischen Säuren ermöglich. Zu dieser Gruppe zählen die Genuss-Säuren (insbesondere Zitronensäure, Milchsäure, Weinsäure und Äpfelsäure) sowie die Aminosäuren. Die zu entwickelnden Biokatalysatoren sollten über die nötige Aktivität und Selektivität verfügen, um unter milden Reaktionsbedingungen gezielt und kosteneffektiv direkt aus nachwachsenden Rohstoffen grenzflächenaktive Derivate biosystemischer Säuren herzustellen. Zunächst wurden Umesterungsreaktionen untersucht. Als Katalysator diente die immoblisierte Form von CALB erhältlich von der Firma Novozymes unter dem Handelsnamen Novozym 435 (NZ435). Außerdem wurden die beim Projektpartner Universität Stuttgart aufgrund bioinformatischer Methoden vorgeschlagenen Einfach- und -Doppelmutanten der Lipase B aus Candida antarctica hergestellt und auf ihre Ver- und Umesterungsaktivität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die beobachtete reduzierte spezifische Enzymaktivität von CALB gegenüber den biosystemischen Säuren nicht nur - wie zunächst angenommen - durch sterische Effekte verursacht wird, sondern dass die deutlich erhöhte Säurestärke dieser Substanzen ebenfalls einen deutlichen Effekt hat. Daher müssen für die Entwicklung geeigneter Enzyme beide Effekte getrennt voneinander betrachtet werden. Zunächst wurde dabei im Rahmen dieses Projekts auf die sterische Hinderung eingegangen. Wie geplant wurden an der Universität Stuttgart durch in silico Verfahren zunächst potentielle "hot spots" identifiziert und Mutanten vorgeschlagen. Diese wurden von der Evonik hergestellt und auf ihre Aktivitäten gestestet. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine der vorgeschlagenen Mutanten tatsächlich eine um den Faktor 2 erhöhte Synthesekativität gegenüber dem verzweigten Modellsubstrat Isononansäure (3-,5-,5-,Trimethylhexansäure) hat.

Vorhabensziel: Mittels innovativem in silico Screening und Protein Engineering sollen geeignete Enzymsysteme, vorzugsweise Lipasen, generiert werden, die sich von den bekannten und kommerziell erhältlichen Enzymen dadurch unterscheiden, dass sie Genußsäuren als Substrat akzeptieren. Sie sollen sich weiterhin durch eine hohe Prozessstabilität und Aktivität auszeichnen. Arbeitsplanung: Die Projektdurchführung erfolgt in zwei Phasen:Phase 1: Modellierung von CALB- und PCL-Komplexen und Design von Mutanten durch Docking und molekulardynamische Simulationen (AMBER) von Enzym-Komplexen mit 10-15 Substratstrukturen; Korrelation von Geometrie und Interaktionsenergie mit experimentelle Daten zu Substratspezifität; Vorhersage von MutantenPhase 2 : In silico screening der a/b-Hydrolase-Datenbank zur Suche nach neuen Leitenzymen und Optimierung durch Protein Engineering und Design optimierter Gensequenzen Verwertung: Im Erfolgsfall erlauben die entwickelten Biokatalysatoren die Erweiterung der bestehenden Technologieplattform, mit der auf Basis nachwachsender Rohstoffe neue nachhaltige, ressourcensparende Produktionsverfahren zur Verfügung stehen.