Maßgeschneiderte Mini-Katalysatoren

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Mit diesen winzig kleine Arrays testen die Forscher von Direvo die Fähigkeiten von Enzymen durch. Quelle: DIREVO

22.11.2005  - 

Ob in der Käseproduktion oder im Waschmittel - Enzyme sind immer dann am Werk, wenn gerade eine biochemische Reaktion abläuft. Um die kleinen Katalysatoren für die Industrie noch interessanter zu machen, haben Forscher der Direvo Biotech AG aus Köln nun völlig neue Enzyme im Blick: biologische Helfer mit Spezial-Ausbildung.

Auf mehr als 10.000 wird die Zahl natürlich vorkommender Enzyme geschätzt. Erst die Hälfte ist bisher überhaupt bekannt, doch viele haben sich in der Industrie schon einen Arbeitsplatz gesichert. Sie machen die Milch für die Käseherstellung dick oder sorgen im Waschmittel dafür, dass schmutzige Wäsche von hartnäckigen Flecken befreit wird.

Gegenüber konventionellen, chemischen Prozessen besitzen die biologischen Katalysatoren große Vorteile: sie brauchen weder Lösungsmittel noch extreme Hitze oder hohen Druck. Enzyme reagieren in wässrigen Lösungen bei Körpertemperatur und sind daher weniger energieintensiv. Ein weiteres Plus: Die umweltschonenden Arbeiter sind hocheffektiv. Sie wirken auf genau definierte Gruppen von Molekülen, die sie an bestimmten Stellen in einer spezifischen Weise aufschneiden oder modifizieren.

Bei Direvo will man sich jedoch nicht allein auf das natürliche Potenzial der Enzyme verlassen. In einem großangelegten Forschungsprojekt wollen die Wissenschaftler bis zum Jahr 2008 Enzyme gezielt für industrielle Zwecke maßschneidern. Vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) werden sie dabei im Rahmen des Förderprogramms BioChancePLUS mit zwei Millionen Euro gefördert. Das BMBF will damit Innovationsprozesse vorantreiben, die eine gute Aussicht haben, sich auf dem Markt zu etablieren. Im Idealfall soll Direvo nämlich in die Lage versetzt werden, neue Produkte für die kommerzielle Anwendung zu entwickeln - etwa für die Futter- und Lebensmittelindustrie. So werden unter anderem Enzyme gesucht, die bittere Geschmacksstoffe aus Nahrungsmitteln herausschneiden.

Um für diese Zwecke besonders effektive Enzyme herzustellen, nutzen die Wissenschaftler einen Ansatz, den sie „gerichtete Evolution“ nennen. Dabei ahmen sie im Grunde die Natur mit ihren genetischen Mutationen nach - sind aber deutlich schneller und zielgerichteter.

In einem ersten Schritt suchen die Kölner aus der Masse der vorhandenen Enzyme dasjenige mit den besten Voraussetzungen für den gewünschten Einsatz heraus. Dann stellen die Forscher nach einem zufälligen Muster mehrere Millionen mutierte Varianten dieses Enzyms her. Diese Masse muss nun einen Test durchlaufen, der die gewünschten industriellen Bedingungen wie Temperatur, pH-Wert, Salzkonzentration oder Druck simuliert. Alle Kandidaten, die hierbei besonders gut abschneiden, kommen in die letzte Runde. Hier wird das Genmaterial der besten Enzyme nochmals miteinander kombiniert.

Gleichzeitig haben die Direvo-Forscher ein Verfahren entwickelt, mit dem sie dem Enzym auch eine genau definierte Arbeit mit auf den Weg geben können. Bei dieser New-Biological-Entity-Technologie (NBE) machen sich die Wissenschaftler zunutze, dass das grundsätzliche Potenzial von natürlichen Enzymen sehr groß ist: Sie können große Moleküle auseinanderbauen, kleine zusammenkleben oder ganze Gruppen aufspalten. Weil aber nicht jedes Enzym auf die Wünsche der Industrie vorbereitet ist, helfen die Forscher nach. Mithilfe der NBE^®-Technik erweitern sie die Enzyme an ganz bestimmten Stellen um zusätzliche Aminosäuren. Diese Veränderung bewirkt, dass die Mini-Katalysatoren gezielt auf spezielle Moleküle gelenkt werden und genau wissen, was sie mit ihnen tun sollen. Das eröffnet eine große Bandbreite ganz neuer Anwendungen im pharmazeutischen wie industriellen Bereich.