Synthese von Keto-Zuckern durch Pyranose Dehydrogenase

Lactose aus Molke ist ein reichlich vorhandener, aber wenig genutzter Rohstoff, da grosse Teile der weltweiten Molkeproduktion als Abwasser entsorgt werden. Da die direkte Verwertung von Lactose in Lebensmitteln und Pharmazeutika limitiert ist, bieten sich enzymatische Zuckertransformationen an, um das Nebenprodukt Lactose in ein höherwertiges Produkt umzusetzen. Potentielle Produkte sind unter anderem Lactulose, ein präbiotischer Zucker mit medizinischen Anwendungen (Verstopfung, Hepatische Enzephalopathie), das Galactose-Isomer Tagatose (ein präbiotischer kalorienarmer Zucker) und Lactobionsäure, das zur Stabilisierung von Transplatationsorganen oder als Waschmittel-Zusatz eingesetzt werden kann. Pyranose Dehydrogenase (PDH) ist eine Zucker-Oxidoreductase aus Höheren Pilzen wie Agaricaceae und Coprinaceae. Im Vergleich zur katalytisch ähnlichen Pyranose-2-Oxidase zeigt sie ein breiteres Substratspektrum, Aktivität auch gegen eine Anzahl von Disacchariden inclusive Lactose, sowie eine variable Regioselektivität, die vom Substrat und der Enzymquelle abhängt. PDH kann Sauerstoff nicht als Elektronenakzeptor verwerten und produziert daher kein Wasserstoffperoxid, welches zur raschen Inaktivierung von Enzymproteinen beiträgt. Wir planen die Etablierung eines Expressionssystems für - bereits verfügbare - Pyranose Dehydrogenase Gene in Pichia pastoris, und die Entwicklung eines enzymatischen Prozesses zur Konversion von Lactose zu 2-Keto- Lactose (eine Vorstufe von Lactulose) und Lactobionsäure, sowie von Galactose zu 2-Keto-Galactose (eine Vorstufe von Tagatose). Ein Laccase-basierendes enzymatisches Regenerationssystem für Redox-Mediatoren, welches kürzlich an unserem Department für einen ähnlichen Prozess entwickelt wurde, wird an die spezifischen Eigenschaften von PDH als Biokatalysator adaptiert werden. Weiters wird die Reaktionstechnik des Prozesses entwickelt werden, inklusive Untersuchungen zur Immobilisation oder Derivatisation der Redox-Mediatoren. Dieser Prozess sollte auch für verschiedene weiterer Zuckersubstrate, wie Maltose, Xylose, Arabinose und andere, geeignet sein, wobei minimale Modifikationen wie die Verwendung einer PDH eines anderen Pilzes ausreichend sein sollten, und sollte für eine Reihe industrieller Anwendungen einsetzbar sein.