Forschen • Ausbilden • Vernetzen
Für eine nachhaltige Bioökonomie

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SEED FUND 2.0 - Projekt GlycoHype

Synthesis of Glycosides by Hyperthermophilic Glycosidases

Ergebnisse

Die hyperthermophile Glykosidase aus Pyrococcus furiosus ssp. woesei (PwGly) ist ein potentielles Enzym für die nachhaltige Synthese von industriell relevanten Glykosiden. Die Ziele des Projekts waren die Charakterisierung des Enzyms, die Definition eines mikrobiellen Produktionssystems, die frühe Optimierung der Enzymproduktion, die in silico Substrat-Durchmusterung und die Erweiterung des Enzymspektrums mit weiteren Enzymvarianten und deren experimentelle Validierung. Die Elling Core-Gruppe definierte ein breites Substratspektrum für die PwGly Transglykosylierungsreaktion. Darunter sind Cellooligosaccharide und Galactane als Abbauprodukte der Cellulose und des Pektins, die als Donorsubstrate (Transfer von Glucose oder Galactose) dienen, sowie eine Reihe von Alkanolen, Allyl- und Aryl-Alkoholen als Akzeptorsubstrate. Zusätzlich werden Hydroxyl-funktionalisierte Monomere wie z.B. Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) akzeptiert, die zur Synthese von neuartigen Glykopolymeren dienen können. Die Jaeger Core-Gruppe entwickelte E. coli Rosetta Stämme die effiziente intrazelluläre Enzymproduktion. Die optimierte Enzymaufreinigung ergab eine lyophilisierte Enzympräparation mit guter Ausbeute für die einfache Enzymanwendung. Die Büchs Core-Gruppe führte eine Durchmusterung verschiedener PwGly produzierender E. coli Stämme durch. Durch online-Aufnahme der Atmungsaktivitäten in 96-deep-well Mikrotiterplatten wurden optimale Kultivierungsbedingungen und deren Produktivität bestimmt. Die E. coli Rosetta und Rosetta2 Stämme wurde als Enzymproduzenten mit hoher Produktivität klassifiziert, was die Ergebnisse der Jaeger Core-Gruppe bestätigte. Die Gohlke Core-Gruppe generierte ein Strukturmodell der PwGly mit einer offenen Konformation der Bindungstasche. Das Modell erlaubte zu erklären, dass PwGly Xylobiose im Gegensatz zum analogen pNP-Glykosid nicht akzeptiert. Die Gohlke Core-Gruppe PwGly schlug Varianten mit einem unterschiedlichen Substratspektrum vor und klärte auf, dass Cellooligosaccharide als Substrate binden und damit als Substrate in Transglykosylierungsreaktionen partizipieren. Weitere molekulare Simulationsexperimente unterstützten experimentelle Aktivitätsdaten, mit denen eine höhere Enzymaktivität mit steigender HEMA Konzentration gezeigt wurde. Zusammenfassend wurden die gesetzten Ziele im GlycoHype Projekt erreicht und bilden die Basis für die Weiterverfolgung des Projektthemas mit diesem Konsortium in einem weiterführenden Projektantrag.

 

SEED FUND 2.0 Projektleiter

Prof. Dr. Lothar Elling
Biomaterials
RWTH Aachen University
phone: +49 241 80 28350
email: l.elling@biotec.rwth-aachen.de

 

Partner

Prof. Dr. Karl-Erich Jaeger, Dr. Andreas Kanpp, Molecular Enzyme Technology, Heinrich Heine University Düsseldorf

Prof. Dr.-Ing. Jochen Büchs, Biochemical Engineering, RWTH Aachen University

Prof. Dr. Holger Gohlke, Computational Pharmaceutical Chemistry and Molecular Bioinformatics, Heinrich Heine University

 

Projektlaufzeit

01.09.2019 - 31.10.2020

 

Förderung

Das Gesamtbudget von GlycoHype betrug 172.531 €. GlycoHype ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wurde vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.