Entwicklung von Biokatalysatoren für Organosilizium Chemie

Biokatalytische Reagenzien sind in der Synthesechemie von großer Bedeutung, da sie regio- und stereoselektive Möglichkeiten eröffnen, um chirale Zwischenstufen und Produkte zu generieren. Zusätzliche Vorteile sind überdies die hohe Umweltverträglichkeit sowie die Möglichkeit bei Umgebungsbedingungen, hinsichtlich Druck und Temperatur, zu arbeiten. Ein breites Spektrum von Substraten konnte durch die Verwendung von Enzymen transformiert werden. Diese Enzyme sind in der Lage äquivalente Transformationen von organischen Reaktionen zu katalysieren, welche aus der Synthesechemie bekannt sind. Während die Nutzung von Enzymen zur Manipulation von typisch "organischen" Atomen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel, weit verbreitet ist, ist wenig hinsichtlich Transformationen von Siliziumverbindungen, genauer gesagt enzymatische Reaktionen welche das Siliziumatom beinhaltet, bekannt. Diese Tatsache ist dahingehend überraschend, als dass Silizium, das zweithäufigste Element der Erdkruste, Ziel vielfältiger und komplexer biochemischer Reaktionen als Teil des globalen Siliziumkreislaufs ist . Die Herstellung von auf Silizium basierenden Materialien benötigt normalerweise hohe Temperaturen, Drücke oder Verwendung von ätzenden Chemikalien. Im Gegensatz dazu erfolgt die biologische Produktion amorpher Silikate, wie einfache Siloxane, unter physiologischen Bedingungen. Die entstehende Vielfalt einzigartiger Architekturen ist bemerkenswert und die dabei entstehenden komplexen Nanostrukturen übersteigen zum gegebenen Zeitpunkt die technisch machbaren Möglichkeiten. Wir beabsichtigen die Möglichkeit der Nutzung unentdeckter, dennoch befähigter, natürlicher Biokatalysatoren, hinsichtlich ihres Potentials zur Reaktion mit Siliziumatomen zu untersuchen. Dabei liegt das Augenmerk auf synthetisch bedeutsame Si-O und Si-C Bindungsspaltung, und verfolgt das Ziel einen neuen Bereich in/für der/die angewandte/n Biokatalyse zu etablieren. Eine große Auswahl an Mikroorganismen, die das Spektrum an mikrobieller Diversität und katabolischem Potential wiederspiegeln, steht bereits jetzt in dem Gastlabor von Dr. Grogan zur Verfügung, und kann zum Substratscreen für Biotransformationen herangezogen werden. Die Arbeitsgruppe verfügt weiters über ein synthetisches Gen von Tethya aurantia, welches für Silicatein alpha kodiert, und bereits in E.coli exprimiert wurde. Diesem Enzym wird eine bedeutende Rolle in der Biosilicifikation zugespochen. Mit diesem potenten Biokatalysator in Händen, sind wir sehr zuversichtlich subzelluläre Aktivitätsstudien durchzuführen. Ziel dabei ist die Aufklärung der involvierten enzymatischen Prozesse. Somit verfügt die Gastgruppe über eine hervorragende Ausgangsbasis zur Durchführung von Enzymatik sowie Strukturbiologie in diesem neuen Arbeitsbereich, um diese Biokatalysatoren weitergehend zu untersuchen.