H2-basierende Kaskaden für die Biosynthese von N-Heterocyclen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Lars Lauterbach; Dr. Bettina Nestl
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284111627

Dieses kooperative Forschungsvorhaben zielt auf das Design eines auf H2-basierenden Ganzzell-Cofaktorregenerationssystems ab, um künstliche, von Nikotinamid-haltigen Cofaktoren abhängige Enzymkaskaden mit den entsprechenden Reduktionsäquivalenten zu versorgen. N-Heterozyklen sind wichtige biologisch aktive Verbindungen und zunehmend attraktive Bausteine in der Entwicklung von Pharmazeutika. Im Gegensatz zu den aromatischen Pendants, gibt es begrenzte chemische und biologische Strategien für die selektive Synthese von substituierten, gesättigten N-Heterozyklen. In diesem Projekt ist die Etablierung einer Multi-Enzym-Kaskade zur Herstellung von substituierten N-Heterozyklen geplant: die durch eine Transaminase katalysierte regio- und stereoselektive Monoaminierung eines Diketons und die durch eine Diaminoxidase katalysierte Oxidation eines Diamins führen zu einem Aminoketon-Intermediat, welches sich spontan zum entsprechenden cyclischen Imin umwandelt und mit einer selektiven Iminreduktase zum gewünschten heterocyclischen Produkt umgesetzt wird. Hierfür wird eine Iminreduktase entweder mit einem Transaminase/Alanindehydrogenase-Modul oder einer Diaminoxidase gekoppelt, wobei die Regeneration der benötigten reduzierten Cofaktoren von einer speziellen Hydrogenase übernommen wird. Zunächst sollen die Einzelreaktionen, sowie die grundlegenden Wechselwirkungen zwischen Biokatalysatoren in vitro untersucht werden. Basierend auf den erzielten Ergebnissen und entsprechenden Optimierungen einzelner Enzyme mittels Protein-Engineering soll die Komplexität der Redox-Reaktionskaskade zunehmend erhöht werden. Ultimatives Ziel ist die Ganzzell-Etablierung einer optimierten Kaskade in dem Wirtsorganismus Pseudomonas putida.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Oliver Lenz