Studies on new microbial glycosyl transferases- trehalose phosphorylase from Schizophyllum commune

Unter physiologischen Streßbedingungen wie Hitze, osmotischem Schock, extremer Kälte und Nährstoffmangel bilden viele Organismen das Disaccharid Trehalose, welches aus zwei Molekülen Glucose aufgebaut ist und bedingt durch die ungewöhnliche Verknüpfung dieser Glucoseeinheiten eine sehr flexible Struktur aufweist. Der Abbau von einmal synthetisierter Trehalose erfolgt in der Natur wie seit neuestem bekannt ist häufig durch sogenannte Trehalose Phosphorylasen, Enzymen, die das Disaccaharid unter Verbrauch von Phosphat in Glucose und Glucose-1-phosphat spalten. Wenngleich diese Reaktion in der Zelle in Richtung der Trehalosespaltung abläuft, ist thermodynamisch eigentlich die Synthese des Disaccharids begünstigt. Trehalose ist technologisch vor allem als natürlicher Konservierungsstoff von labilen Biosystemen wie Zellorganellen, biologischen Membranen und Proteinen in der Medizin aber auch in der Lebensmittelindustrie von Bedeutung. Über Trehalose Phosphorylasen ist bislang sehr wenig bekannt, sowohl was ihre molekulare Charakterisierung, den Mechanismus der Katalyse sowie auch deren mögliche technische Anwendung zur Herstellung von Trehalose betrifft. Diese drei Aspekte sind auch als Schwerpunkte des beantragten Projektes zu sehen, in dem die Trehalose Phosphorylase des Holzfäulepilzes Schizophyllum commune als Modellenzym verwendet werden soll. Nach Isolierung des Enzyms wird die geplante Charakterisierung Aufschlüsse über grundlegende proteinchemische Kenndaten und Eigenschaften dieser neuen Phosphorylasen geben. Im Hinblick auf den Mechanismus der Katalyse sind ausführliche Studien über Reaktionskinetik und Substratspezifität mit natürlichen und modifizierten Analogen geplant, mit dem Ziel Analogien oder Unterschiede zu bekannten Phosphorylasen aufzuzeigen. Die biokatalytische Herstellung von Trehalose wird unter dem Gesichtspunkt prinzipieller und technologischer Machbarkeit untersucht. Die Kopplung zweier Phosphorylase-Reaktionen zur Synthese von Trehalose aus Stärke unter Rezyklierung von Phosphat wird mit Trehalose-Phosphorylase aus S. commune und Maltodextrin- Phosphorylase aus dem Bakterium Corynebacterium callunae erprobt und versucht, Trehalose auf diesem enzymtechnologischen Weg kontinuierlich herzustellen. Längerfristiges Ziel soll es daher sein, basierend auf diesen Versuchen ein alternatives Verfahren zur derzeit kostenintensiven extraktiven Herstellung von Trehalose aus Hefe zu etablieren.