Forschen • Ausbilden • Vernetzen
Für eine nachhaltige Bioökonomie

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Für eine nachhaltige Bioökonomie
SEED FUND 2.0 - Projekt HaloEnz

Enzymatic halogenation: enzyme identification, characterization, application

Ergebnisse
Mehr als 50 Halogenasesequenzen von Makroalgen, Pilzen und Bakterien wurden aus öffentlich zugänglichen Genom-, Transkriptom- und Metagenom-Ressourcen identifiziert. Diese wurden unter Verwendung von Sequenzähnlichkeitsansätzen und Hidden-Markov-Modellen durchsucht. Vielversprechende Kandidaten wurden von den anderen Kerngruppen für weitere Untersuchungen ausgewählt. Insbesondere wurde eine Ascophylum nodosum-Sequenz aus einem inhärenten Genomaufbau extrahiert und an die anderen Kerngruppen weitergeleitet. Darüber hinaus wurde DNA von mehreren Arten sequenziert. Das am weitesten fortgeschrittene Genom ist das von Ascophyllum nodosum. Das Genom wurde zusammengesetzt und auf Vanadium-abhängige Bromoperoxidasen untersucht. Es wurden mehrere Exemplare identifiziert, von denen der vielversprechendste Kandidat weitergeleitet wurde. Für Fucus vesiculosus und Palmaria palmata wurden auch Sequenzierungsdaten erhalten und Entwurfsanordnungen erhalten. Zusätzlich wurden auch Daten zu Ulva (Meersalat) erhoben.
Strukturmodelle von 20 verschiedenen Halogenasesequenzen, die oben identifiziert wurden und/oder bereits in der Toolbox von CombiCom verfügbar sind, wurden generiert. Die Modellqualität ist bei Algenmodellen im Allgemeinen geringer als bei Pilzen und bei Bakterienmodellen im Vergleich zu Algi. Dennoch reicht die Modellqualität von hoch bis durchschnittlich. Die Strukturmodelle von Halogenasen wurden basierend auf ihren molekularen Erkennungseigenschaften unter Verwendung von DrugsScore2018-Codierung und Zernike-Deskriptoren klassifiziert. Evolutionär/strukturell unterschiedliche Halogenasen, aber mit ähnlichen Bindungsstellen, die daher in der Lage sind, ähnliche Substrate zu binden, wurden hervorgehoben. Dies ist besonders wichtig, wenn man sich auf Enzyme mit bisher nicht beschriebener Reaktivität und Selektivität konzentriert. Schließlich wurde die Selektivität repräsentativer Halogenasen mit molekularem Docking ausgewählter möglicher Substrate untersucht.
Synthesen von zuvor als PEPC-Inhibitoren vorgeschlagenen Halo-Phenyl-Pyrazolidin-Dionen wurden etabliert und erste Synthesen abgeschlossen. Darüber hinaus wurden neue Halohydrazin-basierte Zielverbindungen basierend auf retrosynthetischer Analyse vorgeschlagen, rechnerisch bewertet und eine Kurzsynthese etabliert. Was die Halogenasen betrifft, so wurden synthetische Gene für die vorgeschlagenen Sequenzen bestellt, aber die Lieferung verzögerte sich aufgrund der Pandemie. Schließlich werden derzeit erfolgreich exprimierte Halogenasen biochemisch charakterisiert, wobei die vielversprechendste derzeit VPO-RR aus Rhodoplanes roseus ist.
Insgesamt verlief das Projekt wie geplant, obwohl strenge Corona-Lockdown-Richtlinien im Forschungszentrum Jülich zu starken Verzögerungen führten. Wir haben daher eine kostenneutrale Verlängerung des Projekts bis Ende 2021 beantragt und auch bewilligt bekommen.

 

SEED FUND 2.0 Projektleiter

Prof. Dr. Holger Gohlke
Pharmazeutische und Medizinische Chemie
Heinrich-Heine Universität Düsseldorf
phone: +49 211 8113662
email: gohlke@hhu.de

 

Partner

Prof. Dr. Jörg Pietruszka & Dr. Thomas Classen, Bioorganische Chemie, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf

Prof. Dr. Björn Usadel, Botanik und Molekulare Genetik, RWTH Aachen Universität

 

Projektlaufzeit

01.09.2019 - 31.12.2021

 

Förderung

Das Gesamtbudget von HaloEnz betrug 336.340 €. HaloEnz ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wurde vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.