Nachhaltige Synthesen mit CPO - Erhöhte Reaktionstemperatur, Reaktionen in überkritischem CO2 und neue Substrate

Das Enzym Chloroperoxidase (CPO), welches natürlicherweise vom Pilz Caldariomyces fumago sekretiert wird ist ein vielseitig einsetzbarer biokatalysator mit diversern potentiellen Anwendungsfeldern zur Oxyfunktionalisierung organischer Substrate. Im Gegensatz zu P450 Monooxygenasen, die teure Kofaktoren benötigen, nutzt CPO ausschließlich günstiges Wasserstoffperoxid als Kosubstrat.

Die geringe thermische und oxidative Stabilität von CPO verhindern den industriellen Einsatz des Enzyms. Darüberhinaus ist die Oxyfunktionalisierung von größeren organischen Substraten (> C10) in der Regel nicht möglich, da das Enzym einen Substratkanal mit geringem Durchmesser besitzt. Ziel des Projektes ist es deshalb, die thermische und oxidative Stabilität, sowie das Substratspektrum der CPO durch Enzym engineering zu verbessern.

Wir werden im Rahmen des Projekts ein heterologes Expressionssystem entwicklen, dass das Mikrotiterplatten-basierte Screening einer CPO Mutantenbibliothek erlaubt. Rationales Design soll darüber hinaus eingesetzt werden, um das Substratspektrum des Enzyms zu erhöhen. CPO-Varianten mit verbesserten Eigenschaften werden in Modellreaktionen, unter anderem zur Biokatalyse in überkritischem CO₂ eingesetzt. Die Biokatalyse in diesem alternativen Lösungsmittel adressiert Löslichkeitsprobleme der meist stark hydrophoben Substrate. Im Gegensatz zu konventionellen hydrophoben Lösungsmitteln ist überkritisches CO₂ nicht-toxisch, kann nachhaltig produziert und einfach entsorgt werden. Der Einsatz stabilerer CPO-Varianten in überkritischem CO₂ soll somit als nachhaltige Alternative zu chemischen  Prozessen, die auf toxischen und teuren Lösungsmitteln basieren, etabliert werden.

Das Projekt wird in Kooperation mit ASA Spezialenzyme durchgeführt. ASA entwickelt und produziert diverse Spezialenzyme und verfügt über weitreichende Kentnisse im Bereich Formulierung und Anwendung von CPO.