Biokatalytischer Cobalt-Methyltransfer zur De/Methylierung

Obwohl die Methylgruppe nur geringfügig zu Masse und Größe eines organischen Moleküls beiträgt, kann ihre Einführung oder Entfernung bedeutsame Auswirkungen auf dessen physikalische und phar- makologische Eigenschaften haben. Deshalb sind Methylierung und Demethylierung häufig angestreb- te Reaktionen in Bezug auf die Synthese von Arzneistoffen, chemischen Produkten und Intermediaten. Allerdings bedürfen konventionelle chemische Methoden üblicherweise der Verwendung von gefähr- lichen Reagenzien; die Entwicklung von nachhaltigeren Strategien ist demnach wünschenswert. Dies- bezüglich würde der Einsatz cobalaminabhängiger Methyltransferasesysteme eine grüne Alternative bieten. Bisher wurde nur eine beschränkte Anzahl von entsprechenden Systemen für die Demethylie- rung charakterisiert, und ihr Potential für biotechnologische Anwendungen ist kaum erforscht. Wäh- rend die natürliche Methyltransferreaktion vier verschiedene Proteine involviert, fokussiert dieses Projekt einen neuartigen Ansatz basierend auf der Verwendung von nur zwei Enzymen. Sowohl Demethylierung eines Donormoleküls als auch Methylierung eines Akzeptors werden von Methyl- transferase I katalysiert, während das Corrinoidprotein als Transporter der Methylgruppe fungiert. Da der Cobalamincofactor im sauerstoffempfindlichen katalytischem Zyklus regeneriert wird, ist er nur in katalytischen Mengen notwendig. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Charakterisierung des reversiblen Methyltransfers, kata- lysiert von vereinfachten cobalaminabhängigen Methyltransferasesystemen stammend von Desulfito- bacterium hafniense (dhaf), Acetobacterium dehalogenans (vdm) sowie Hyphomicrobium chlorome- thanicum (cmu). Neben Expression der entsprechenden Enzyme fokussiert das Projekt auf die Erfor- schung des Substratspektrums bezüglich Methylierung und Demethylierung an unterschiedlichen chemischen Funktionalitäten. Um die Anwendbarkeit des cobalaminabhängigen Methyltransfers für die Synthese von pharmazeutisch wirksamen Stoffen zu belegen, wird die bio-katalytische Bildung des Antiepileptikums Lacosamid und des Antidepressivums O-Desmethylvenlafaxin ebenso verfolgt wie die Monomethylierung von Kaffeesäure. Weiters sind sowohl die Optimierung der Reaktionspa- rameter, die Ermittlung der Enzymselektivität als auch die Anwendbarkeit der Enzymsysteme für in- tramolekularen Methyltransfer von zentralem Interesse. Zusammenfassend ist zu erwarten, dass cobalaminabhängige Methyltransferasesysteme, welche Me- thylierung und Demethylierung auf umweltverträgliche Weise ermöglichen, äußerst vielversprechende Kandidaten für verschiedene biotechnologische und synthetische Anwendungen sind.

Biokatalysatoren, also Eiweißmoleküle, erhalten zunehmen Aufmerksamkeit in der organischen Chemie. Deren Einsatz bringt klare Vorteile gegenüber etablierten chemischen Methoden: zuallererst sind Biokatalysatoren aus Aminosäuren aufgebaut, daher aus erneuerbaren Rohstoffen und sind dann auch biologisch abbaubar. Weiters arbeiten die Biokatalysatoren bei milden Bedingungen (Raumtemperatur bis 35 C, Normaldruck und bei neutralem pH) und zusätzlich in Wasser (Buffer). In diesem Projekt wurde eine neue Methode zur Umsetzung von Molekülen zB aus Lignin aber auch für Moleküle die als Antioxidant zum Einsatz kommen entwickelt. Diem Umsetzung von Antioxidantien ist sehr herausfordernd, da es sich dabei um sensible Moleküle handelt speziell in Gegenwart von Sauerstoff aber auch extremen pHs. Als mögliche Anwendung erlaubt die Methode einen bioaktiven und wichtigen Inhaltsstoff von Olivenöl (3-Hydroxytyrosol) aus billigen Rohstoffen herzustellen. Zusammenfassend kann man festhalten, dass die Entwicklung von biokatalytischen Methoden eine wertvolle Alternative für wichtige Reaktionen darstellt um diese auf nachhaltige, resourcenschonende, einfache und günstige Art durchzuführen.