Enzyme des anaeroben Phthalatabbaus

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Boll
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 352196571

Die jährlich im Millionen-Tonnen-Maßstab produzierten ortho-Phthalsäureester werden als umweltrelevante Fremdstoffe eingestuft.Deren biologischer Abbau wird durch die enzymatische Hydrolyse zuAlkoholen und o-Phthalat eingeleitet. Der weitere anaerobe Abbauvon o-Phthalat in denitrifizierenden oder sulfatreduzierendenBakterien wurde bislang überwiegend vom Antragsteller untersuchtund verläuft über (i) die Aktivierung von o-Phthalat durchTransferasen oder ATP-abhängige Ligasen zum extrem instabilenPhthaloyl-CoA, gefolgt von (ii) der Decarboxylierung des CoA-Esterszu Benzoyl-CoA durch ein sauerstoffempfindliches Enzym. Imvorangehenden Projekt wurden die Phthaloyl-CoA bildenden unddecarboxylierenden Enzyme isoliert und vorläufig charakterisiert.Darüber hinaus wurde gezeigt, dass deren ausgewogene Syntheseentscheidend für das Abfangen des unstabilen Phthaloyl-CoAZwischenprodukts ist. Die Decarboxylase gehört zur UbiDEnzymfamilieund bindet einen erst kürzlich entdeckten prenyliertenFlavin-Cofaktor im aktiven Zentrum. Die Synthese des Cofaktorserfordert die Prenyltransferase UbiX und eineDimethylallylmonophosphat (DMAP) bildende Hydrolase. Imvorgeschlagenen Projekt soll die katalytische Funktion und Reifungdes Schlüsselenzyms des anaeroben Phthalat-Abbaus, Phthaloyl-CoA Decarboxylase, auf molekularer Ebene verstanden werden. ZurAufklärung des Mechanismus der Phthaloyl-CoA Decarboxylase sindeine Reihe struktureller und kinetischer Untersuchungen geplant.Unter Verwendung von heterolog produzierte UbiX und der DMAPbildenden Hydrolase soll ein Einschritt-Rekonstitutions-Methode fürdie Phthaloyl-CoA Decarboxylase und andere UbiD-ähnlichenEnzyme etabliert werden. Schließlich soll der Phthalat-abbauende,denitrifizierende Thauera chlorobenzoica als in vivoProduktionsplattform für biochemisch nicht zugängliche UbiD-ähnliche(De)carboxylasen genutzt werden. Die erwarteten Ergebnisse sollennicht nur zur Aufklärung der Enzymologie eines erst kürzlichentstandenen Abbauwegs eines Fremdstoffes beitragen, sondernöffnen darüber hinaus die Tür zur Produktion biotechnologischrelevanter (De)Carboxylasen der UbiD-Enzymfamilie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen