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Projekt
Elektroenzymatische Kaskaden der nächsten Generation für die Synthese komplexer Moleküle (NGeCascades)
Antragsteller
Professor Dr. Stephan Lütz; Professor Dr. Markus Nett; Professor Dr. Siegfried R. Waldvogel
Fachliche Zuordnung
Bioverfahrenstechnik
Biologische und Biomimetische Chemie
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Biologische und Biomimetische Chemie
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445751305
Die enzymbasierte elektrobiologische Synthese (oder elektroenzymatische Synthese) konzentriert sich bisher vor allem auf die (Re-)generierung von Redox-Cosubstraten und Cofaktoren. Darüber hinaus war die Anwendung meist auf ein- oder zweistufige Biotransformationen beschränkt. Die Elektrochemie ist aber auch ein elegantes Werkzeug für die Bereitstellung von hochenergetischen, nicht-redox Cofaktoren wie ATP und ATP-basierten Pyrophosphaten, die im Wesentlichen für mehrere biosynthetische Reaktionen geeignet sind. In diesem Projekt wird die elektroenzymatische Synthese genutzt, um die Produktion wertvoller Biomoleküle mit ihren chemischen Bausteinen und dem erforderlichen Cofaktor ATP voranzutreiben. Die Naturproduktfamilie Aurachin veranschaulicht den synthetischen Nutzen elektroenzymatischer Kaskaden, z.B. zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Biosynthetisch stammen die Aurachine aus der Verknüpfung eines von Anthranilsäure abgeleiteten Chinolon-N-oxid-Teils mit Farnesylpyrophosphat (FPP). Die enzymatische Reaktionssequenz, die zu FPP führt, verbraucht mehrere Moleküle von ATP und dient als exemplarisches Modell für die elektroenzymatische Herstellung des "universellen Energieträgers". Darüber hinaus stellt der Chinolon-Baustein ein interessantes Ziel dar, um neue biomimetische elektrochemische Synthesewege zu entwickeln und Derivate zu erzeugen. Solche Analoge werden einen Einstiegspunkt für die gezielte in vivo und in vitro Biosynthese von maßgeschneiderten Aurachinen für Struktur-Aktivitäts-Beziehungen bieten. Aus medizinisch-chemischer Sicht ist dieser Ansatz angesichts der starken antibakteriellen und antiplasmatischen Eigenschaften der Aurachine sehr attraktiv. Da ATP und abgeleitete Energieträger in der Biosynthese allgegenwärtig sind, werden die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen, den elektroenzymatischen Syntheserahmen erheblich zu erweitern und könnten auch als Blaupause für einen künstlichen Stoffwechselweg für zukünftige bio(elektrochemische) Systeme dienen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
