Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen durchgeführt. Das Projekt erschließt neuartige Grundlagen für die Nutzung pflanzlicher Enzymsysteme in industriellen Produktionssystemen. AELMON ist das Akronym für 'Artifizieller ELektronentransfer und pflanzliche Monooxygenasen als Basis innovativer Katalysesysteme'. Der wissenschaftliche Hintergrund ist die industrielle Nutzung einer Familie von Pflanzenenzymen - den so genannten P450-Enzymen, deren herausragende Eigenschaften schon seit langem bekannt sind, die sich aber bisher nicht wirtschaftlich für chemische Synthesen einsetzen lassen. 'Durch die Mitarbeit in diesem Projekt kann sich die Autodisplay-Technologie weiter als Lösungsansatz für die Darstellung schwierig zu handhabender Enzyme wie den P450-Enzymen positionieren,' sagt Dr. Ruth Maas, Geschäftsführerin der Autodisplay Biotech. Das Projekt stellt für die Firmenstrategie der Phytowelt, Know-how der Pflanzenbiotechnologie für neue, zum Teil überraschende Anwendungsgebiete einsatzfähig zu machen, einen wichtigen Meilenstein dar. 'Die spezielle Thematik besetzt die Schnittstelle zwischen Grüner und Weißer Biotechnologie und hat das Potenzial, völlig neue Wertschöpfungsketten zu erschließen,' kommentiert Dr. Peter Welters, Geschäftsführer der Phytowelt das Projekt. Ein wesentlicher Schwerpunkt der im Projektrahmen zu untersuchenden Systeme ist die Biosynthese eines Terpens, dessen potente pharmakologische Eigenschaften es bereits in den Fokus der Krebsforschung gerückt haben. Ein weiteres Teilprojekt wird die Untersuchung neuer Synthesemethoden von Grundbausteinen für innovative Kunststoffe mit Premiumeigenschaften sein. Besonderes Innovationspotenzial bezieht AELMON aus neuartigen Verfahren zur Produktion der P450-Enzyme bei den Partnern Uni Münster und AutoDisplay, aber auch aus der geplanten Entwicklung eines neuen biotechnologischen Verfahrens unter Einsatz der Elektrochemie. Die Kombination von Elektrochemie und Biokatalyse stellt einen Forschungsschwerpunkt der DECHEMA dar, der das Design besonders nachhaltiger Produktionsprozesse mit P450-Monooxygenasen zum Ziel hat.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Pflanzen sind 'grüne' Fabriken, die mehr als 200.000 bioaktive Naturstoffe produzieren (z.B. Artemisinin, Taxol und Thapsigargin), bei deren Synthese Cytochrom P450-Monooxygenasen (P450) eine Schlüsselrolle spielen. Die P450-Enzyme sind die größte Protein-Familie in Pflanzen, deren Gene bei einigen Pflanzen bis zu 1 Prozent der Erbinformation ausmachen. Entsprechend umfangreich und vielfältig sind die Substratspezifitäten und das katalytische Potential dieser pflanzlichen Enzyme. Dennoch stehen pflanzliche Monooxygenasen bisher nicht für eine technische Nutzung zur Verfügung. Unzureichende Verfügbarkeit der Enzyme, Schwierigkeiten bei der rekombinanten Expression sowie unbekannte bzw. nicht exprimierbare Redoxpartner sind die Haupthinderungsgründe. Die kosteneffiziente Bereitstellung des benötigten Cofaktors NAD(P)H stellt eine weitere Herausforderung für die technische Nutzung der Enzyme dar. Hier können elektrochemische Ansätze innovative, erfolgversprechende Lösungen für neue ressourceneffiziente (Bio)-Prozesse liefern. Über die Realisierung der direkten Ankopplung pflanzlicher Monooxygenasen an einen artifiziellen elektrochemischen Elektronentransfer soll im Rahmen des Projektes, das an der Schnittstelle der grünen und weißen Biotechnologie positioniert ist, die technologische Basis für die künftige Nutzung des geschilderten katalytische Potential der pflanzlichen P450 - Enzyme geschaffen werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Phytowelt GreenTechnologies GmbH durchgeführt. P450 Monooxygenasen spielen eine Schlüsselrolle bei der Synthese vieler wichtiger bioaktiver Naturstoffe. Bei Redoxreaktionen mit P450 Monooxygenasen ist neben der Aktivität, Stabilität und Selektivität der Enzyme insbesondere der Bedarf an teuren Cofaktoren zu berücksichtigen, insbesondere wenn NADPH oder NADH als 'Elektronenquelle' in zellfreien Systemen eingesetzt werden. Im Fokus der Arbeiten des Konsortiums steht daher die Realisierung der Ankopplung pflanzlicher Monooxygenasen an einen artifiziellen elektrochemischen und/oder lichtgetriebenen Elektronentransfer. Damit werden die Fragestellungen Substitution der natürlichen Redoxpartner und die kostengünstige Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten adressiert. Im Rahmen des Gesamtprojektes sollen die Arbeiten dazu beitragen neuartige biokatalytische Prozesse mit pflanzlichen P450 Monooxygenasen zu ermöglichen. Die Arbeiten der Phytowelt GreenTechnologies GmbH umfassen: a) Identifizierung von geeigneten Genen mit unter Anwendung des phytomining Tools b) Klonierung und rekombinante Expression der Gene in E.coli und Pflanzen c) Systemoptimierung d) Funktionalisierung der Mediatioren in Enzymassays e) Rekombinaten Expression der LHCII und Coexpression den pflanzlicher Monopoxygenasen unter den vorher festgelegten Bedingungen