Forschung

Rationales Proteindesign und gerichtete Evolution

Enzyme sind die Katalysatoren der Natur. Sie funktionieren hervorragend unter milden Reaktionsbedingungen und können daher zur umweltfreundlichen Herstellung von Pharmastoffen und zur Nutzbarmachung nachwachsender Rohstoffe eingesetzt werden. Über Protein Engineering können neue Enzymvarianten mit maßgeschneiderten Eigenschaften generiert werden. In Computer-Modellen wird dazu der enzymatische Mechanismus simuliert, um Positionen im aktiven Zentrum mit großer Auswirkung auf die Katalyse zu identifizieren. Eine Zufalls-basierte Mutation dieser ausgewählten Positionen erzeugt Bibliotheken von mehreren tausend Mutanten, von denen einige die gewünschten Eigenschaften haben – dies ähnelt der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Die Einbindung des Zufalls erlaubt jedoch die Identifikation von Varianten, die sich nicht vorhersagen lassen. Über eine zielgerichtete, Verständnis-basierte Auswahl der Positionen kann der Zufall in die gewünschte Richtung gelenkt werden, um so neue, verbesserte Enzyme zu entwickeln.


Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Die Notwendigkeit zur Reduktion von Treibhausgasen und die absehbare Erschöpfung fossiler Ressourcen machen die Erschließung erneuerbarer Rohstoffe und die nachhaltige Gestaltung von Prozessen und Produkten notwendig. Schätzungen gehen von einer Steigerung des Anteils der nachwachsenden Rohstoffe in der deutschen chemischen Industrie von derzeit 10% auf 20% in 2020 aus. Biotechnologische Verfahren bieten hier die Möglichkeit, biogene Rohstoffe über nachhaltige Verfahren zugänglich zu machen.

Kohlehydrate aus Lignozellulose-haltigen Biomaterialien stellen den größten Anteil an Biomasse. Ihre Umsetzung zu hochwertigen Plattformchemikalien ermöglicht die Deckung des zukünftigen Rohstoffbedarfes in der chemischen Industrie. Die Kombination der Herstellung von Plattformchemikalien mit der Produktion von Biotreibstoffen der 2. Generation steigert die Wertschöpfung von Bioraffinerien, um so deren Rentabilität und damit Durchsetzungsfähigkeit zu erhöhen. Aufgrund ihrer Nachhaltigkeit bieten biotechnologische Verfahren hier die Möglichkeit, biogene Roh¬stoffe über umweltfreundliche Verfahren zugänglich zu machen. Die katalytische Vielfalt der Natur bietet hier ein großes Potential, um neue Reaktionen zu entwickeln. Die Integration von Biokatalyse und Verfahrenstechnik ist dabei essentiell, um die neuen Prozesse nachhaltig zu gestalten und Entwicklungszeiten zu minimieren.