Entwicklung von Reaktionssystemen zur ATP-Regeneration aus der kostengünstigen Basischemikalie Ethylenglykol

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Liese; Professor Dr.-Ing. Thomas Walther
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450319558

Im hier vorgestellten Projekt sollen Enzymsysteme für die kostengünstige Regeneration von ATP in technischen Reaktionssystemen entwickelt werden. Das Vorhaben ist als Gemeinschaftsprojekt der Arbeitsgruppen von Prof. Thomas Walther (Professur für Bioverfahrenstechnik, TU Dresden) und von Prof. Andreas Liese (Professur für Technische Biokatalyse, TU Hamburg) geplant, bei dem die AG Walther für Konzeption und Aufbau der ATP-regenerierenden Enzymkaskaden sowie für die Optimierung einzelner Enzymaktivitäten verantwortlich ist, und die AG Liese die reaktionstechnische Optimierung der Reaktionssysteme und deren Übertragung in größere Maßstäbe bearbeiten wird.ATP-regenerierende Reaktionssysteme haben eine Vielzahl von industriellen Anwendungsmöglichkeiten. Beispielhaft sollen hier die Synthese von phosphorylierten Feinchemikalien, Synthesen mit einer Phosphorylierung als Zwischenschritt sowie die zellfreie Proteinexpression genannt werden. Ein Haupthindernis bei der Überführung von ATP-abhängigen, zellfreien Produktsynthesen in den technischen Maßstab ist der teilweise sehr hohe Preis der für die ATP-Regeneration verwendeten Substrate und Cofaktoren.Um dieses technische Problem zu lösen, wird die Entwicklung von Reaktionssystemen vorgeschlagen, welche eine ATP-Regeneration aus der kostengünstigen und potenziell „grünen“ Basischemikalie Ethylenglykol ermöglichen. Für die Implementierung der konzipierten Enzymkaskaden ist die Steigerung einer Enzymaktivität auf einem nicht-natürlichen Substrat notwendig. Diese Aktivitätssteigerung soll durch eine Kombination von rationalem und evolutivem Proteindesign erreicht werden. Darüber hinaus wird durch eine reaktionstechnische Analyse und Optimierung die Übertragung der verschiedenen Systeme in den technischen Maßstab untersucht.Die Enzymkaskaden zur Regeneration von ATP sollen sowohl aus freien isolierten Enzymen aufgebaut werden, als auch in Ganzzellbiokatalysatoren implementiert werden. Die ATP-regenerierenden Systeme werden dabei jeweils an die Synthese einer ATP konsumierenden Reaktion zur Synthese eines phosphorylierten bzw. nicht-phosphorylierten Endprodukts gekoppelt, um Vorteile und Grenzen beider Auslegungsvarianten zu ermitteln. Die beschriebenen Reaktionskaskaden haben das Potential, zu einem neuen universellen ATP-Regenerierungssystem entwickelt zu werden, welches auch im technischen Maßstab nutzbar ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen