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Biocatalysis Platform Zittau "BioPlatZ"

Allgemeine Informationen

Projektnummer 62457401
Projekttitel laut Förderbescheid Biocatalysis Platform Zittau
Akronym BioPlatZ
Projektlaufzeit 05.05.2017 - 31.08.2020
Forschungsschwerpunkt Energie und Umwelt
Projektkategorie Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld Energie und Umwelt
Themengebiet Chemokatalyse, Biokatalyse
Grundeinheit Fakultät Natur- und Umweltwissenschaften

Inhaltliche Projektbeschreibung

Biocatalysis Platform Zittau

Motivation

Ziel des vorliegenden Projekts ist es, neuartige energie- und ressourcenschonende Syntheseverfahren für Verbindungen zu entwickeln, die z. B. in Form von medizinischen Wirkstoffen eine hohe Anforderung an die Reinheit stellen. Unter Verwendung von ganzen Zellen bzw. isolierten Enzymen als Biokatalysatoren, soll eine selektive Transformation von Ausgangssubstanzen ermöglicht werden, die als Grundbausteine zur Synthese komplexer chiraler Moleküle dienen. Enzyme, die in mikrobiellen Zellen produziert und mit Hilfe gentechnischer Methoden optimiert werden können, besitzen ein nahezu unerschöpfliches Potential für innovative Entwicklungen. Sie sind in der Lage, vielfältige Stoffumwandlungen energieschonender, gezielter und umweltverträglicher durchzuführen, als das in vielen klassischen chemischen Prozessen möglich ist.

Kombiniert man moderne biokatalytische mit chemokatalytischen Ansätzen (Abbildung 1), ergibt sich eine völlig neue Qualität im Umwelt- und Ressourcenschutz und für die Nachhaltigkeit wirtschaftlicher Prozesse.

 

Abbildung 1: Chemoenzymatische Katalyse

Diese Kombination biotechnologischer und chemischer Ansätze ermöglicht die Einbeziehung biobasierter Rohstoffe bei einer nachhaltigen, energie- und umweltschonenderen Herstellung von Feinchemikalien als ‚high added-value‘ Produkt.

Das Projekt fokussiert die biotechnologische Herstellung chiraler β-Hydroxycarbonsäure-Derivate mit dem Ziel der Synthese chiraler Auxiliare bzw. building blocks, die anschließend für stereoselektive Synthesen von Feinchemikalien (Pharmazeutika und Pflanzenschutzmittel) eingesetzt werden können (Abbildung 2).

 

 

Abbildung 2: Chemoenzymatische Synthese chiraler Auxiliare bzw. building blocks für die anschließende stereoselektive Synthese von Feinchemikalien

 

Forschungsteam

Die Umsetzung dieser Ideen wird durch die Nachwuchsforschergruppe BioPlatZ verwirklicht (Abbildung 3). Die Mitarbeiter von BioPlatZ arbeiten in drei Arbeitsgruppen, die jeweils die wissenschaftliche Expertise der Leiter der Arbeitsgruppen repräsentieren.

Abbildung 3: Nachwuchsforschergruppe (Biocatalysis Platform Zittau, BioPlatZ)

2 Teilprojekte unter der Kostenstellennummer 62417401:

Die Arbeitsgruppe Organische Synthesechemie und Strukturanalytik wird vom Prof. Dr. Dieter Greif geleitet und befasst sich mit der Etablierung neuer organisch-chemischer Synthesen, mit chemokatalytischer Methodenentwicklung sowie der gesamten Strukturanalytik der synthetisierten Verbindungen.

Unter Leitung von Prof. Dr. Annett Fuchs werden durch die Arbeitsgruppe Biochemie/Bioanalytik enzymbasierte Reaktionssysteme zur stereoselektiven Synthese von building blocks entwickelt. Untersucht und optimiert werden biochemische und chemische Analysenmethoden zur Umsetzung der Edukte, der Zusammensetzung der Produkte, der Raum-Zeit-Ausbeute sowie der erreichbaren Stereoselektivität.

1 Teilprojekt unter der Kostenstellennummer 62457401:

Herr Prof. Dr. Thomas Wiegert führt die Arbeitsgruppe Mikrobiologie/Molekularbiologie

Im Fokus steht die Identifikation und Herstellung rekombinanter Enzyme für die stereoselektive Stoffumwandlung. Weiterhin sollen geeignete prokaryontische und eukaryontische Expressionssysteme etabliert werden sowie mikrobielle Stämme zur Ganzzellbiokatalyse entwickelt werden.

Abbildung 4: Nachwuchsforschergruppe BioPlatZ (von links: Prof. Dr. Thomas Wiegert, Prof. Dr. Annett Fuchs, Prof. Dr. Dieter Greif, Dr. Marek Pecyna, M.Sc. Corinna Schuster, M.Sc. Christian Trapp, M.Sc. Akadil Belgara, M.Sc. Chris Drewniok, Dr. Kateřina Barková; M.Sc. Philipp Röbisch nicht abgebildet).

 

Die bisher erzielten Ergebnisse

  1. 1) Entwicklung organisch-chemischer Synthesen kommerziell nicht erhältlicher     
  2.      alpha-substituierter ß-Ketocarbonsäureester
  3. 2) Etablierung und Optimierung der Methoden zur syn-selektiven Reduktion
  4.      substituierter ß-Ketocarbonsäureester (Nachweis der Diastereoselektivität mittels
  5.      NMR-Spektroskopie)
  6. 3) Entwicklung der HPLC-Methoden an einer chiralen Phase zur Bestimmung der
  7.     Enantioselektivität der durchgeführten Reaktionen
  8. 4) Trennung racemischer Gemische mittels Candida antartica Lipase B (CAL B)
  9. 5) Selektive biochemische Reduktion von 2-Phenylacetessigester unter bevorzugter
  10.      Bildung des Stereoisomers (2R, 3S)-3-Hydroxy-2-phenylbuttersäureethylester
  11. 6) Identifizierung potentieller Enzyme mit ß-Ketoreduktaseaktivität mit Hilfe von DNA-
  12.      und Metagenomdatenbanken
  13. 7) Funktionale Expression mikrobieller Ketoreduktasen aus verschiedenen Hefen in
  14.      Escherichia coli
  15. 8) Erfolgreiche Umsetzung unterschiedlich substituierter ß-Ketocarbonsäureester
  16.      mit den gewonnenen rekombinanten Enzymen
  17. 9) Entwicklung entsprechender Methoden zur Umsetzung von
  18.     ß-Ketocarbonsäureestern mittels Ganzzellsystemen für das Upscaling der
  19.     Reaktionen im Multi-Bioprozessreaktorsystem

Projektverweise

Weitere Daten

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