Mehrstufige, biokatalytische Alkaloidproduktion

Alkaloide sind natürliche Verbindungen mit überwiegend komplexer Struktur und zumeist mehreren Chiralitätszentren. Aufgrund der hohen Chemo-, Regio- und Stereoselektivität von Enzymen sind biokatalytische Verfahren den klassischen chemischen Methoden bei der Herstellung vieler Alkaloide deutlich überlegen, da wesentlich höhere optische Reinheiten erzielt werden können.

Enzyme werden traditionell entweder als Bestandteil ganzer Zellen eingesetzt oder als aus Zellen isolierte Reinsubstanz. Durch den noch aktiven Metabolismus ganzer Zellen können jedoch unerwünschte Nebenreaktionen hervorgerufen werden. Die Nutzung reiner Enzyme hingegen ist teuer, da deren Herstellung aufwendig ist. Eine Alternative zu diesen klassischen Methoden ist die Herstellung metabolisch inaktiver Zellhüllen, die die gewünschten Enzyme verankert in ihrer Zellmembran tragen. Dazu werden Fusionsproteine aus je einem Enzym und dem dazu passenden Membrananker posttranslational in der Cytoplasmamembran von Escherichia coli verankert. Anschließend wird durch temperaturinduzierte Expression des Lysegens E aus dem Phagen PhiX174 eine stabile Pore in der Zellwand gebildet, aus der alle löslichen Bestandteile des Cytoplasmas ausgetrieben werden. Es bleiben leere Zellhüllen mit immobilisierten Enzymen zurück.

Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, die mehrstufige Biotransformation von Dopamin zum Alkaloid Norlaudanosolin in bakteriellen Zellhüllen zu etablieren. Hierfür sollen bakterielle Zellhüllen mit möglichst hoher enzymatischer Aktivität und Enantioselektivität erzeugt werden. Davon ausgehend werden verschiedene Prozessvarianten mit immobilisierten Zellhüllen und Zellhüllen in Suspension vergleichend untersucht. Am Ende des Projektes soll ein kompletter und optimierter Prozess zur biokatalytischen Produktion von chiralem Norlaudanosolin im Liter-Maßstab stehen.