Pilzenzyme für industrielle Anwendungen
Enzyme sind Proteine mit biokatalytischer Aktivität, die verschiedene chemische Reaktionen mit herausragender Substratspezifität beschleunigen können. Mit dem Aufkommen der Gentechnologie können Enzyme in großem Maßstab hergestellt und für industrielle Anwendungen angepasst werden. Da sie umweltfreundlicher sind als chemische Reagenzien, werden Enzyme - und insbesondere Hydrolasen - in verschiedenen Branchen zunehmend eingesetzt. Oxidoreduktasen sind eine weitere Enzymfamilie, die in den letzten Jahren aufgrund ihrer Fähigkeit, den Transfer von Elektronen zwischen den verschiedenen Substraten bei Redoxreaktionen katalysieren zu können, viel Aufmerksamkeit erhalten hat. Jedoch sind Redoxenzyme in der Industrie noch sehr selten anzutreffen, hauptsächlich weil einige der vielversprechendsten Arten erst kürzlich entdeckt wurden. In der Natur enthalten einige Pilze wie etwa Lignocellulose abbauende Ständerpilze (Basidiomyceten) Peroxidaseenzymen, die ihnen beim Angriff auf die pflanzliche Biomasse helfen und für das natürliche Recycling des Großteils des Kohlenstoffs in Landökosystemen verantwortlich sind. Diese vielversprechende Quelle industriell relevanter Oxidoreduktasen war Gegenstand des EU-geförderten Projekts PEROXICATS ("Novel and more robust fungal peroxidases as industrial biocatalysts"), das der Industrie in der EU neue robuste Peroxidase-Biokatalysatoren mit verschiedenen katalytischen Eigenschaften liefern wollte. In diesem Zusammenhang untersuchten die Wissenschaftler eine Vielzahl von Pilzkulturen aus spezifischen/extremen Lebensräumen, um Enzyme mit Oxidoreduktaseaktivität zu erhalten. Eine in-silico-Untersuchung von kürzlich sequenzierten Pilzgenomen führte auch zur Entdeckung neuer Familien von Oxidoreduktase-Enzymen, von denen die aussichtsreichsten Kandidaten anschließend auf ihre katalytische Aktivität nach heterologer Expression bewertet wurden. Mithilfe einer Struktur-Funktions-Analyse konnten die Wissenschaftler die Enzymleistung (operationale und katalytische Eigenschaften) durch rationales Design oder gerichtete Evolution weiter verbessern. Zahlreiche Biotransformationsreaktionen, die mit den neu identifizierten Enzymen katalysiert werden, wurden charakterisiert, um die potenzielle Eignung dieser Enzyme im chemischen oder pharmazeutischen Sektor zu demonstrieren. Die Integration der Biokatalysatoren von PEROXICATS in verschiedene industrielle Prozesse wird zu Kostensenkungen und umweltfreundlicheren biotechnologischen Transformationen führen. Die Auswertung dieser Kandidat-Enzyme in mittel- und großflächigen Anwendungen wird derzeit im Rahmen des EU-geförderten Nachfolgeprojekts INDOX vorgenommen.
Schlüsselbegriffe
Pilzenzyme, biokatalytische Aktivität, Oxidoreduktasen, Pilz-Peroxidasen, Häm-Peroxidasen, industrielle Biokatalysatoren, Biotransformation
