Biologisch inspirierte Alkenspaltung - BioZone

Das Ziel dieses Projektes ist es, eine biologische (enzym-unterstützte) Methode für die Spaltung von Kohlenstoff/Kohlenstoff Doppelbindungen zu entwickeln, ohne dabei auf das gefährliche Ozon zurückgreifen zu müssen. Die sogenannte Ozonolyse ist eine weit verbreitete Methode für die Herstellung von sogenannten Carbonylverbindungen wie etwa Aromastoffe (Vanillin) oder Duftstoffe (Lilial) und wird hauptsächlich im Labormaßstab verwendet. Der Grund dafür ist die Giftigkeit von Ozon und die Explosionsgefahr der Zwischenprodukte. Letztere haben schon dazu geführt, dass Industriereaktoren explodiert sind. Wir wollen Enzyme, die bei Raumtemperatur, in Wasser und mittels Sauerstoff C=C Doppelbindungen spalten können finden und untersuchen. Dabei verwenden wir ein Hochdurchsatz-Nachweisverfahren, welches spezifisch auf die Detektion von Aldehyden (Carbonylverbindungen) ausgelegt ist, um unterschiedliche Proteinsequenzen auf Ihre Fähigkeit zur Doppelbindungsspaltung zu untersuchen. Dieses Nachweisverfahren ist hoch sensitiv, völlig Struktur unabhängig, einfach in der Handhabung und extrem spezifisch für Aldehyde. Mit diesem Nachweisverfahren und einer speziellen Technik, wird es möglich werden, an einem Tag bis zu einer Million Proteinsequenzen zu untersuchen. Somit gelingt es, in sehr kurzer Zeit bekannte Enzyme auf ihre Substratvielfältigkeit und neue Enzyme auf ihre Aktivität, möglichst quantitativ zu untersuchen. Sobald passende Enzyme identifiziert worden sind, werden wir diese für die Herstellung potentieller neuer Pharmawirkstoffe oder Aromastoffe anwenden.

Das Projekt BioZone hat sich mit der Entwicklung einer umweltfreundlichen Alternative für die Herstellung von Aldehyden aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen beschäftigt. Diese "Aldehyde" sind wichtige chemische Verbindungen, die in der Duft- oder Geschmackstoffindustrie Anwendung finden. Ein Beispiel ist Vanille, das gerade in der Weihnachtszeit in keiner Küche fehlen darf. Ein weiteres Beispiel ist Zimtaldehyd, das ebenfalls ein häufig verwendetes Gewürz mit charakteristischem Geruch ist. Die chemische Herstellung dieser Verbindungen ist teuer, beinhaltet oft sehr toxische oder gefährliche Reagenzien und ist nicht sehr effizient. Darum haben wir in diesem Projekt eine Methode entwickelt, die auf Enzymen, sogenannten "Biokatalysatoren", basiert. Dazu haben wir neue Enzyme hergestellt, diese im Labormaßstab getestet und die besten Kandidaten für eine echte industrielle Anwendung weiterentwickelt. Zusätzlich haben wir versucht, einen tieferen Einblick in die Funktion dieses Biokatalysators zu gewinnen. Dazu haben wir das Enzym kristallisiert und so die genaue Struktur aufgeklärt. Mit diesem Wissen haben wir das Enzym weiter verbessert und schließlich in Kombination mit anderen Biokatalysatoren für die Herstellung von Vanille ausgehend von den nachwachsenden Rohstoffen Lignin oder Ferrulsäure verwendet. Somit ist es uns gelungen, eine nachhaltigere Herstellungsmethode für Vanille zu etablieren. Die nächsten Schritte sind nun, diese Methode in den industriellen Kontext zu überführen.