Für viele Produkte, die wir täglich verwenden – von Kunststoffen bis hin zu Medikamenten – werden chemische Bausteine benötigt. Deren Herstellung ist oft komplex und energieintensiv. Die industrielle Biotechnologie bietet eine umweltfreundlichere Alternative, indem sie Enzyme einsetzt, die chemische Reaktionen unter milden Bedingungen katalysieren können. 

Ein Beispiel für einen solchen wertvollen Baustein ist Tulipalin A, das als Vorläufer für spezielle Polymere dient. Ein entscheidender Schritt bei der biosynthetischen Herstellung von Tulipalin A ist die gezielte Einführung einer sogenannten Hydroxylgruppe an der richtigen Stelle in einem bestimmten Molekül – ohne andere Positionen zu verändern. Diese Reaktion ist chemisch schwer zu kontrollieren.

Forscher:innen am acib haben untersucht, ob spezielle Enzyme – die transmembranen AlkB Alkan-Monooxygenasen – diese Reaktion übernehmen können. Diese Enzyme stammen ursprünglich aus Bakterien und sind dort in die Zellmembran eingebettet. In der Natur führen sie ähnliche chemische Umwandlungen durch. Allerdings waren die natürlichen Varianten des Enzyms für die gezielte Umwandlung des Moleküls, das für Tulipalin A benötigt wird, nicht optimal – zumindest nicht für den industriellen Maßstab. Daher wurde AlkB durch sogenanntes Enzym-Engineering gezielt verändert: Dabei werden einzelne Bausteine (Aminosäuren) des Enzyms ausgetauscht, um gewünschte Eigenschaften zu verbessern.

Durch sorgfältige Anpassungen gelang es, Enzymvarianten zu entwickeln, die die gewünschte Reaktion deutlich effizienter durchführen und somit auch mehr vom Zielprodukt herstellen. Die Entdeckung von zwei weiteren Enzymen, die das AlkB-Produkt in weiteren Schritten in Tulipalin A umwandeln, brachte schließlich den Durchbruch. Diese Forschungsarbeit ist ein wichtiger Schritt in Richtung biobasierter Herstellung von Tulipalin A und ähnlichen Molekülen. Die verbesserten Enzyme machen den Produktionsprozess effizienter und potenziell nachhaltiger.

Solche Fortschritte in der Enzymtechnologie helfen dabei, industrielle Prozesse umweltfreundlicher zu gestalten, neue biobasierte Produkte zu entwickeln und das volle Potenzial der industriellen Biotechnologie auszuschöpfen, was letztlich unserer Gesellschaft zugutekommt.