Zusammenfassung

Enzymkaskaden sind attraktive Alternativen zur chemischen Synthese komplexer Verbindungen und Naturstoffe. Computergestützte Retrobiosynthese zur Vorhersage solcher Kaskaden ist jedoch durch die geringe Verfügbarkeit biochemischer Reaktionsdaten sowie durch Modelle limitiert, die 3D Enzym-Substrat-Wechselwirkungen und Enzym-Substrat-Aktivitätsdaten vernachlässigen. Dadurch fehlen Enzymkandidaten für viele theoretisch mögliche Biotransformationen. In StRetro entwickeln wir einen strukturbasierten Ansatz des maschinellen Lernens (ML) zur Vorhersage von Enzym Substrat-Aktivität, basierend auf rigoroser Kodierung aktiver Enzymzentren, von Substraten sowie deren Interaktionen, unterstützt durch modernste Strukturvorhersage und -evaluierung. Dieses Modell kann für die Vorhersage von Enzymkandidaten solcher Kaskaden genutzt werden. Wir werden große, diverse und uniform generierte Datensätze zur Enzymaktivität für zwei biotechnologisch relevante Modell-Enzymsysteme erzeugen: Esterasen und Methyltransferasen. Auf diesen Datensätzen wird im Anschluss unser ML-Modell trainiert. Ein effizienter, übertragbarer, und automatisierter Hochdurchsatz-Screening-Assay wird dabei etabliert, der eine rasche Ausweitung auf neue Enzymsysteme ermöglicht. Sämtliche Daten werden gemäß FAIR-Prinzipien in Open-Access-Plattformen hinterlegt, was die Verfügbarkeit hochwertiger biochemischer Daten deutlich erweitert. Durch die automatisierte und präzise Vorhersage kaskadierter enzymatischer Synthesewege in modularen, nachhaltigen Prozessen trägt das Projekt zum Übergang zu einer nachhaltigen und zirkulären Bioökonomie bei.

SEED FUND 3.0 Projektleiter

Dr. Till El Harrar
IBG-4 Strukturbasierte Bioinformatik, Forschungszentrum Jülich / Computergestützte Pharmazeutische Chemie und Molekulare Bioinformatik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
email: t.el.harrar[at]fz-juelich.de

Partner

Dr. Till El Harrar, Prof. Dr. Holger Gohlke, Computergestützte Pharmazeutische Chemie und Molekulare Bioinformatik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf / IBG-4 Strukturbasierte Bioinformatik, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Jörg Pietruszka, Institut für Bioorganische Chemie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Dr.-Ing. Stephan Noack, IBG-1 Systembiotechnologie, Forschungszentrum Jülich

Projektlaufzeit

01.11.2025 - 31.12.2026

Förderung

StRetro ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wird vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.