Naturenzyme finden in der Industrie Anwendung
Die Bioremediation wurde erfolgreich bei Ölverschmutzungen, chlorinhaltigen Lösungen und Pestiziden angewandt. Viele Stoffe sind allerdings abbauresistent. Die Nutzung des im Zuge des EU geförderten Projekts „Metagenomics for bioexploration - Tools and application“ (METAEXPLORE) gewonnenen Materials hat zur Entwicklung vieler verbesserter Enzyme beigetragen. Die Forscher fokussierten sich in erster Linie auf die natürlich abbauresistenten Moleküle Chitin und Lignin. Zu dem anthropogenen Material zählen halogenierte und organische Stoffe sowie xenobiotische Stoffe wie bspw. Herbizide, die biologischen Systemen fremd sind. Im Anschluss an eine Voruntersuchung einer großen Anzahl terrestrischer und aquatischer Habitate mit speziell entwickelten Instrumenten, klonte und sequenzierte das Team vielversprechende Enzyme der ausgewählten Umgebungen. Insgesamt wurden neun metagenomische Archive aus ausgewählten Umgebungshabitaten angelegt. Eine Softwareplattform (MetaSAMS) mit Suchroutinen, genomischer Abbildungsfunktion und Tools für vergleichende Analysen metagenomischer Daten wurde erfolgreich entwickelt. Alle Datenbanken umfassen funktionale Gene und Operone, um genetische Grundlagen für die zukünftige Forschung zu bieten. Diese an den Anforderungen der Industrie ausgerichteten Sammlungen wurden auf verbesserte Enzyme hin untersucht. Dies betraf unter anderem neuartige Chitinasen, Laccasen/Ligninasen sowie aerobe und anaerobe Dehalogenasen. Des Weiteren stand die Beta-Amino-übertragende Enzymfamilie im Fokus, die bei der Herstellung vieler verschiedener Pharmazeutika eine wichtige Rolle spielt. Ein Großteil der Gensequenzen, die für die Enzyme verschlüsselt sind, befinden sich auf dem Mobilom, dem mobilen genetischen Element von Mikroben. Nach einer Charakterisierung von Struktur, Funktion und Expression in geeigneten Wirten weiteten die Forscher mittels gelenkter Evolution ihre Aktivitäten an der Enzymcreme auf eine Nutzung in der Industrie aus. Es wird damit gerechnet, dass die METAEXPLORE-Erkenntnisse einen wichtigen Beitrag für die Nachhaltigkeit und die EU-Umweltziele leisten. Es werden alternative Rohstoffe gebraucht, um den zukünftigen Energie- und Chemikalienbedarf zu decken. Abbauresistente Abfallstoffe wie Lignin und Chitin enthalten verschiedene Baublöcke für die Chemikalienbildung. Die Entsorgung von Abfall ist teuer und schafft zahlreiche Herausforderungen für die Umwelt und die öffentliche Gesundheit. Die Bioremediation trägt nicht nur dazu bei, die Natur auf natürliche Weise sauber zu halten, sie ist ebenso ein energiearmer Prozess zur Dekontaminierung von Wasser und Boden. Die Verfügbarkeit neuartiger Biokatalysatoren ist in Anbetracht der zahllosen industriellen katalysebasierten Reaktionen eine wichtige Nachhaltigkeitssäule.
Schlüsselbegriffe
Enzyme, Abbau, abbauresistent, Metagenomik, Bioexploration