Am Institut für Molekulare Enzymtechnologie (IMET) nutzen und entwickeln wir Methoden im Bereich der synthetischen Biologie, des Enzym‑Engineerings und des Metabolic Engineerings, um biotechnologische Prozesse zu etablieren. Im Zentrum stehen die Entdeckung, Charakterisierung und Optimierung von Proteinen und Enzymen sowie die Erzeugung maßgeschneiderter bakterieller Zellfabriken, die für nachhaltige Produktionsprozesse in der industriellen Biotechnologie und der chemischen Industrie eingesetzt werden können.
Ein Schwerpunkt liegt auf Metalloenzymen – einer Enzymklasse, zu der rund die Hälfte aller Enzyme gehört. Die bedeutendsten Metalloenzyme enthalten komplexe Eisen‑Schwefel‑Cluster und katalysieren Schlüsselschritte in globalen Kohlenstoff‑, Stickstoff‑ und Schwefelkreisläufen. Damit sind sie zentral für nachhaltige Prozesse wie die CO₂‑Fixierung, die Herstellung von Düngemitteln, sowie die Produktion erneuerbarer Kraftstoffe, Grundchemikalien sowie Wertstoffen.
Um das Potenzial dieser Enzyme zu erschließen, kombinieren wir ein breites Methodenspektrum: von der Identifizierung neuer Biokatalysatoren mittels KI‑gestützter Analyse von (Meta)Genomik‑Daten und aktivitätsbasierter Enzymscreenings über Strukturaufklärung mittels kryogener Elektronenmikroskopie, Kristallographie und Spektroskopie bis hin zur gezielten Optimierung durch computergestütztes Design und gerichteter Evolution. Ergänzend etablieren wir neue Expressionssysteme für sauerstoffsensitive Metalloenzyme und entwickeln genetische Werkzeuge, wie neue (Licht-gesteuerter) Promotor/Regulator-Systeme, Reporter und Biosensoren, um Enzymaktivitäten und Stoffwechselprozesse in vivo präzise und mit hoher Zeitauflösung zu verfolgen und zu steuern.
Forschungsthemen:
Am IMET werden Mikroorganismen und Enzyme für die biokatalytische Umwandlung von Abfallströmen und Industriegasen für die Produktion von Grundchemikalien und Feinchemikalien eingesetzt. Damit leistet das IMET einen wichtigen Beitrag zum Forschungsbereich „Mikrobielle und molekulare Transformation“ des BioSC. Darüber hinaus stellt das IMET mikrobielle Plattformen für die Expression, Reinigung und strukturelle Charakterisierung sauerstoffsensitiver Metalloenzyme bereit, einschließlich ihrer Strukturaufklärung mittels kryogener Elektronenmikroskopie. Diese Arbeiten liefern wichtige Einblicke in die Struktur‑Funktions‑Beziehungen der Biokatalysatoren im Fokus des BioSC.
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