Projekt NukleoCycling

Enzymatische Glykosylierungen, wie die Herstellung von Humanen Milch Oligosacchariden, benötigen aktivierte Nukleotid-Zucker für die Biokatalyse. Diese werden durch die Reaktion von Zuckern mit energiereichen Nukleosidtriphosphaten (NTPs) gebildet. Für die Synthese werden diese äquimolar verbraucht. Angesichts der hohen Kosten der NTPs ist eine Regeneration demnach essenziell, um eine funktionierende und wirtschaftliche Biokatalyse zu erzielen.

Die Herausforderung der enzymatischen Synthese von glykosylierten Verbindungen besteht also in der Regeneration der beteiligten NTPs aus deren Nukleotidmono- oder diphosphaten (NMP/NDP). Diese stehen im Mittelpunkt unseres NukleoCycling Vorhabens. Ziel unseres Projekts ist die Entwicklung eines modularen Enzym-Systems für das Nukleotid-Recycling zur kontinuierlichen Regeneration von NTPs. Das Schlüsselenzym der Regeneration ist eine Polyphosphat-Kinase Typ 2 Klasse III (PPK2 III) mit einer herausragenden Eigenschaft: Alle zentralen Mono- und Dinukleotide können mit nur einem einzigen Enzym zu NTP regeneriert werden.

Wirtschaftlich war dieser Prozess jedoch bisher nicht von Bedeutung. Das (freie) Enzym verlor schnell an Aktivität, Nebenprodukte störten die Zielreaktionen und zudem war eine Trennung von Produkten und Edukten nur schwer möglich. Im Rahmen dieses Projektes streben wir an, die bisherigen Limitationen durch eine kovalente Immobilisierung, eine geeignete Prozessführungsstrategie sowie ein innovatives Trennverfahren zu lösen. Eine enzymatische Methode zur universellen Regeneration unterschiedlicher Nukleotide ist ein Meilenstein der Biokatalyse mit hohem Anwendungspotential.