{"id":37136,"date":"2016-09-05T07:00:44","date_gmt":"2016-09-05T05:00:44","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fkuenstliche-enzyme-werden-immer-natuerlicher.html"},"modified":"2016-08-31T14:25:45","modified_gmt":"2016-08-31T12:25:45","slug":"kuenstliche-enzyme-werden-immer-natuerlicher","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kuenstliche-enzyme-werden-immer-natuerlicher\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliche Enzyme werden immer \u00abnat\u00fcrlicher\u00bb"},"content":{"rendered":"

Wissenschaftler der Universit\u00e4t Basel, der ETH Z\u00fcrich in Basel und des NCCR Molecular Systems Engineering haben ein k\u00fcnstliches Metalloenzym entwickelt, das innerhalb einer lebenden Zelle eine Reaktion katalysiert, die so in der Natur nicht vorkommt. Mit solchen Enzymen k\u00f6nnten erstmals neue nicht-nat\u00fcrliche Stoffwechselwege in lebenden Zellen erschaffen werden. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Nature ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

Das k\u00fcnstliche Metalloenzym mit Namen biot-Ru-SAV wurde mit der sogenannten Biotin-Streptavidin-Technologie hergestellt. Dieses oft genutzte Verfahren beruht auf der starken Wechselwirkung zwischen dem Protein Streptavidin und dem Vitamin Biotin. Durch Bindung an Biotin kann man weitere Komponenten in das Protein einschleusen und so ein k\u00fcnstliches Enzym erzeugen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine sogenannte metallorganische Verbindung gew\u00e4hlt, in der mindestens ein Kohlenstoffatom an ein Metallatom gebunden ist. Derartige Verbindungen werden oft als Katalysatoren in industriellen Prozessen verwendet, zeigen jedoch in w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen oder in einem zell\u00e4hnlichen Milieu keine oder nur eine geringe katalytische Funktion. Um diese Funktionseinschr\u00e4nkungen zu \u00fcberwinden, m\u00fcssen solche Katalysatoren in Ger\u00fcstproteine, wie zum Beispiel Streptavidin, eingebunden werden.<\/p>\n

\u00abUnser Ziel war es, ein k\u00fcnstliches Metalloenzym zu entwickeln, das eine Alkenmetathese katalysieren kann. Diese Reaktion findet sich nicht im Repertoire nat\u00fcrlicher Enzyme\u00bb, sagt Thomas R. Ward, Professor am Departement Chemie der Universit\u00e4t Basel. Die Alkenmetathese ist ein Verfahren zur Bildung und Umverteilung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, das sowohl in der Forschung als auch in der industriellen Grossproduktion verschiedener chemischer Produkte breite Anwendung findet. Biot-Ru-SAV katalysiert eine Reaktion, bei der eine ringf\u00f6rmige Verbindung gebildet wird. Wegen ihrer fluoreszierenden Eigenschaften kann diese bei der Analyse einfach detektiert und quantifiziert werden.<\/p>\n

Periplasma als Reaktionsraum<\/h3>\n

Das Milieu innerhalb einer lebenden Zelle ist jedoch bei weitem nicht ideal f\u00fcr das reibungslose Funktionieren metallorganyl-basierter Enzyme. \u00abDer Durchbruch kam mit der Idee, das Periplasma von Escherichia coli<\/em> als Reaktionsraum zu verwenden. Dieses Milieu ist f\u00fcr einen Alkenmetathesekatalysator viel besser geeignet\u00bb, sagt Markus Jeschek, ein Forscher aus dem Labor von Sven Panke, Professor am Departement f\u00fcr Biosysteme, ETH Z\u00fcrich in Basel. Das Periplasma ist ein Zellkompartiment zwischen der inneren Cytoplasmamembran und der \u00e4usseren Membran gramnegativer Bakterien und enth\u00e4lt nur eine niedrige Konzentrationen von Inhibitoren der Metalloenzyme, wie zum Beispiel Glutathion.<\/p>\n

Nachdem sie die idealen in vivo<\/em> Bedingungen f\u00fcr ihr Enzym gefunden hatten, gingen die Wissenschaftler noch einen Schritt weiter und optimierten biot-Ru-SAV durch sogenannte gerichtete Evolution. Diese Methode imitiert nat\u00fcrliche Prozesse zur Optimierung und Ver\u00e4nderung von Proteinen und deren Eigenschaften. \u00abWir konnten so ein einfaches und robustes Screening-Verfahren entwickeln, mit dem wir Tausende von biot-Ru-SAV-Mutanten testen und die aktivste Variante identifizieren konnten\u00bb, erkl\u00e4rt Ward.<\/p>\n

Den Wissenschaftlern ist es nicht nur gelungen, die katalytischen Eigenschaften von biot-Ru-SAV zu verbessern. Sie konnten auch zeigen, dass metallorganyl-basierte Enzyme ver\u00e4ndert und optimiert werden k\u00f6nnen, um eine Vielzahl verschiedener chemischer Produkte herzustellen. \u00abDas Spannende daran ist, dass k\u00fcnstliche Metalloenzyme wie biot-Ru-SAV dazu verwendet werden k\u00f6nnen, um neue Chemikalien mit hohem Mehrwert zu produzieren\u00bb, sagt Ward. \u00abDas hat ein grosses Potenzial zur Vereinigung chemischer und biologischer Werkzeuge, um letztendlich Zellen als molekulare Fabriken zu nutzen.\u00bb<\/p>\n

Originalbeitrag<\/h3>\n

Markus Jeschek, Raphael Reuter, Tillmann Heinisch, Christian Trindler, Juliane Klehr, Sven Panke & Thomas R. Ward
\nDirected evolution of artificial metalloenzymes for in vivo<\/em> metathesis<\/a>
\nNature (2016), doi: 10.1038\/nature19114<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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