Asymmetrische Kaskadenreaktionen mit Hydroxynitril-Lyasen

Hydroxynitrillyasen (HNLs) katalysieren die asymmetrische Addition von HCN an Carbonylverbindungen, wobei Cyanhydrine entstehen. Diese C-C-Knüpfungsreaktion hat breite Anwendung im akademischen wie auch im industriellen Bereich gefunden. Cyanhydrine sind Synthese-Bausteine, die in vielfältigster Weise weiter umgesetzt werden können. Der Einsatz von HNLs in enzymatischen Kaskadenreaktionen verspricht daher einen effizienten Zugang zu verschiedensten chiralen Alkoholderivaten. Bisher ist diese Strategie jedoch unter anderem dadurch eingeschränkt, dass nur wenige Enzyme bekannt sind, welche Nitrile umsetzen können. Vor kurzem wurde in Bakterien eine neue Enzymklasse identifiziert, welche die NADPH-abhängige Reduktion von Nitrilen katalysiert. Das QueF genannte Enzym wandelt als Teil der Biosynthese von Queuosin (ein nur in Bakterien vorkommendes Nucleosid) 7-Cyano-7-deazaguanin (preQ0) in 7-Aminomethyl-7-deazaguanin (PreQ1) um. Im Rahmen des geplanten Projekts sollen QueF-Varianten, die durch zielgerichtete Mutagenese erhalten werden können, für die Reduktion von Cyanhydrinen eingesetzt werden. Die Nitril-Reduktase wird in Hinblick auf Substratspektrum, Enantioselektivität und optimale Reaktionsbedingungen eingehend untersucht werden. Darüber hinaus wird die Koexpression mit einem geeigneten Cofaktor-regenerierenden Enzym angestrebt. Die so erhaltene Nitril- reduzierende "Designer-Zelle" wird dann mit der HNL-katalysierten Bildung von Cyanhydrinen in einer Kaskadenreaktion gekoppelt, um eine effiziente biokatalytische Synthese von beta-Aminoalkoholen aus Carbonylverbindungen zu erreichen.