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Biokatalyse und Fermentation

Obwohl die Anzahl der identifizierten und charakterisierten Enzyme stetig steigt und auch die Breite der möglichen enzymkatalysierten Reaktionen zunimmt, gibt es nicht für jede gewünschte Umwandlung eines Substrates in ein bestimmtes Produkt einen passenden Biokatalysator. Hinzukommt, dass nicht jedes Enzym, das eine interessante Reaktion katalysiert, hinsichtlich Aktivität und Stabilität für einen technischen Einsatz geeignet ist. Daher forschen wir an der Identifikation von neuartigen Enzymen und der gezielten Veränderung prozessrelevanter Proteineigenschaften. Bei dem Design von Biokatalysatoren geht es jedoch nicht nur um die Veränderung von Enzymen durch die Methoden des Protein Engineerings, sondern auch um die Gestaltung maßgeschneiderter Zellfabriken durch das sogenannte Cell Engineering. In vielen biotechnologischen Prozessen ist die Verwendung von ganzen Zellen als Katalysatoren wirtschaftlich attraktiv, jedoch beispielsweise aufgrund von unerwünschten Nebenreaktionen durch den Metabolismus der Wirtszelle und Stofftransportlimitierungen durch die Zellmembran nicht unproblematisch. Durch gezielte Modifikation der Wirtszelle können diese Limitationen überwunden werden.

Durch die Anwendung aktueller Methoden des Protein Engineerings und Cell Engineerings ist das zielgerichtete Design von Biokatalysatoren für technische Anwendungen immer effizienter möglich. Eine Fokussierung auf die molekularen Eigenschaften der Biokatalysatoren alleine ist jedoch nicht ausreichend, um ökonomisch und ökologisch vorteilhafte biotechnologische Produktionsprozesse zu etablieren, die eine zur chemischen Katalyse äquivalente oder ihr gar überlegene Technologie darstellen. Hier ist die Bioprozesstechnik gefordert, um zu neuen und verbesserten Produktionsprozessen zu gelangen und das Potenzial der (optimierten) Biokatalysatoren voll ausschöpfen zu können.