Dr. Thomas Classen | HHU Düsseldorf | Bioorganische Chemie

Das Potential unbekannter pflanzlicher Enzyme erschließen

Bei der Verwertung von pflanzlicher Biomasse zu beispielsweise erneuerbaren Rohstoffe bleibt Lignin bisher vor allem als Abfallprodukt über. Die Nachwuchsgruppe von Dr. Thomas Classen beschäftigt sich mit der Nutzung des aus dem Polymer Lignin synthetisierten Monomers Lignol, aus dem gezielt wertvolle Sekundärmetabolite hergestellt werden können. Diese spezifische Reaktion wird u.a. von den bisher wenig erforschten dirigierenden Proteinen vermittelt, denen ein großes Potential zugesprochen wird.

Der Biochemiker Dr. Thomas Classen promovierte 2013 „Über Enzyme als facettenreiche Katalysatoren in der Organischen Chemie“ am Lehrstuhl von Prof. Pietruszka an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Begeistert von der Enzymologie baut er sich seit 2014 seine eigene Nachwuchsgruppe am Institut für Bio- und Geowissenschaften I (IBG-1) am FZ Jülich zum Thema „Sekundärmetabolismus-Enzymologie“ auf. Spezialisiert hat er sich auf die Identifizierung pflanzlicher Enzyme des Sekundärstoffwechsels und analysiert deren Aktivitäten. Vielversprechende Enzyme sollen anschließend in unterschiedlichen Expressionssystemen produziert und somit biotechnologisch nutzbar gemacht werden. Neben den praktischen Aspekten seiner Forschung interessiert er sich aber auch für die mechanistische Wirkweise der Enzyme. Zur Aufklärung nutzt er beispielsweise Untersuchungen zu Struktur-Wirkungsbeziehungen, die in Kooperation mit den Strukturbiologen durchgeführt werden. Dieser Ansatz gibt ihm die Möglichkeit, die grüne mit der weißen Biotechnologie zu verbinden und das noch lange nicht ausgeschöpfte Potential pflanzlicher Enzyme zu nutzen. Besonders interessant ist für seine Gruppe hierbei die Klasse der dirigierenden Proteine. Sie vermitteln die selektive Kupplung der Lignol-Monomere zu Lignan-Dimeren, bei dem es sich um vielversprechende Sekundärmetabolite handelt, die in der Pflanze beispielsweise als Abwehrstoffe eingesetzt werden und auch in der Humanmedizin Applikationen finden könnten. Seit April 2015 koordiniert Thomas Classen das SEED Fund Projekt „Dirigent Proteins in Bioeconomy“, welches eine Kooperation mit Prof. Usadel der RWTH Aachen, einem Spezialist für die pflanzliche Zellwand, ist. In diesem Projekt übernimmt die AG Usadel das in silico Screening nach bisher unbekannten dirigierenden Proteinen in verschiedenen Pflanzenspezies. Die AG Classen evaluiert und etabliert anschließend deren Expression in unterschiedlichen eukaryotischen Expressionssystemen, z.B. Saccharomyces cerevisiae oder Yarrowia lipolytica, um vielversprechende Kandidaten zukünftig in größerem Maßstab herstellen zu können.
Im Rahmen des Förderprogramms „Bioökonomie International“ vom BMBF beschäftigt sich Thomas Classen zusammen mit weiteren Partnern aus Deutschland und Russland mit der bioökonmischen Produktion von Lignanen in Bakterien.

Die Erkenntnisse aus den verschiedenen Projekten sollen es längerfristig ermöglichen, dirigierende Proteine „nach dem Baukastenprinzip“ zu gestalten und somit bedarfsorientiert herzustellen. Aufgrund ihrer Selektivität können dirigierende Proteine Reaktionen gezielt vermitteln, wodurch die Ausbeute gesteigert und die Abfallprodukte minimiert werden können. Somit kann durch diese neuen Tools für die synthetische Chemie ein Beitrag zur effizienten Ressourcennutzung geleistet werden. Unterstützung bei diesem Vorhaben hat Thomas Classen dabei von einem Postdoc, einem Doktoranden und Bachelorstudenten.