Kombination von Chemo- und Biokatalyse

Enzyme als natür­liche Biokatalysatoren wer­den schon länger vielfältig für chemis­che Syn­the­sen genutzt. Ein aktueller Trend in der Biotech­nolo­gie ist die direk­te Kom­bi­na­tion solch­er Ver­fahren mit chemokat­alytis­chen Reak­tio­nen zur Entwick­lung umwelt­fre­undlich­er und ressourcenscho­nen­der Ver­fahren. In der neuen Fachzeitschrift Nature Catal­y­sis würdigt ein Über­sicht­sar­tikel dieses sich rasch entwick­el­nde Forschungs­ge­bi­et. Der Beitrag eines inter­na­tionalen Autorenteams ent­stand unter der Fed­er­führung von Prof. Dr. Uwe Born­scheuer von der Uni­ver­sität Greifswald.

In allen Organ­is­men katalysieren hun­derte ver­schiedene Enzyme zahlre­iche Reak­tio­nen mit sehr großer Genauigkeit und Effizienz unter milden Bedin­gun­gen. Dieses Poten­zial wird schon lange auch in der Chemie angewen­det, um die Vorteile enzy­ma­tis­ch­er Reak­tio­nen zu nutzen. Die Her­stel­lung kom­plex­er Verbindun­gen, wie z. B. phar­mazeutis­ch­er Wirk­stoffe, erfol­gt jedoch über viele aufeinan­der auf­bauende Syn­the­seschritte. Umwelt­fre­undlich­er und ressourcenscho­nen­der wäre eine direk­te Kom­bi­na­tion mehrerer dieser Reak­tio­nen. Allerd­ings sind die meis­ten chemis­chen Reak­tio­nen nicht ohne weit­eres mit Enzym­reak­tio­nen vereinbar.

Inzwis­chen ist es Wis­senschaftlern jedoch gelun­gen, solche effizien­ten und ein­fachen “Ein­topf­syn­the­sen” zu erzie­len, ein­er­seits durch Steuerung der Reak­tions­be­din­gun­gen wie Tem­per­atur oder Lösungsmit­tel, ander­er­seits durch Anpas­sung der Katalysatoren. Mit­tler­weile kön­nen bes­timmte Met­all- und Organokatalysatoren, aber auch elek­tro­chemis­che Meth­o­d­en und sog­ar lichtin­duzierte Reak­tio­nen mit Enzy­men effizient kom­biniert wer­den. Zur Real­isierung der neuen “Ein­topf­syn­the­sen” haben sowohl neue Entwick­lun­gen in der Chemie, die Ent­deck­ung und Anpas­sung von Enzy­men als auch ver­fahren­stech­nis­che Konzepte beige­tra­gen. Die Isolierung von Zwis­chen­pro­duk­ten kann somit ent­fall­en und höhere Aus­beuten und Rein­heit­en sind möglich bei gle­ichzeit­iger Einsparung von Mate­r­i­al, Zeit und Energie.

Eine Zusam­men­fas­sung dieser aktuell­sten Entwick­lun­gen liefert der jet­zt in Nature Catal­y­sis erschienene Über­sicht­sar­tikel des inter­na­tionalen Autorenteams, beste­hend aus Wis­senschaftlern der Uni­ver­sitäten Greif­swald und Biele­feld, der Tech­nis­chen Uni­ver­sität Wien (Öster­re­ich) und von den Phar­maun­ternehmen Novar­tis und F. Hoff­mann-La Roche (bei­de Schweiz).

“Wir freuen uns sehr, dass wir in der ersten Aus­gabe der neuen Schwest­erzeitschrift von Nature unseren Beitrag veröf­fentlichen durften und sind überzeugt, dass dieser Review auf große Res­o­nanz in der Fach­welt stoßen und wichtige Impulse für die zukün­ftige Forschung auf diesem Gebi­et liefern wird”, erk­lärt Prof. Dr. Uwe Born­scheuer, Haup­tau­tor des Übersichtsartikels.