Enzyme catalysis in biomembranes – from biotechnological application to biomedical research

Membrangebundene Enzyme sind an essenziellen biologischen Prozessen beteiligt, wie beispielsweise dem Stoffwechsel schwer umwandelbarer Substrate und der Aktivierung von Fettsäuren. Unter ihnen finden sich membrangebundene Oxidoreduktasen, welche ein hohes Potenzial für biotechnologische Anwendungen haben und von biomedizinischer Relevanz sind. Da sie jedoch ein Membrangerüst benötigen, sind ihre funktionelle Charakterisierung und technische Entwicklung sehr anspruchsvoll. Dieser BioTechMed YRG zielt darauf ab, Nicht-Häm-Di-Eisen-Enzyme in einem zellfreien System zu charakterisieren und weiter zu entwickeln. Wir werden industriell relevante Alkanmonooxygenasen untersuchen, die zur Synthese von Monomeren für biobasierte Polymere verwendet werden, sowie Fettsäurehydroxylasen, die mit Defiziten in Verbindung stehen, welche zu neurodegenerativen Erkrankungen führen können. Die funktionelle Charakterisierung von Membranenzymen wird durch die Kombination aus Rekonstitution in Nanodiscs, in-vitro-Funktionsstudien und der Entwicklung von Hochdurchsatz-Assays erreicht. Die Rekonstitution von Membranenzymen in das robuste Nanodisc-System ermöglicht ihre Untersuchung in einer physiologisch relevanten Reaktionsumgebung, frei von Störungen durch Wirtsenzyme. Die Ergebnisse der funktionellen Charakterisierung werden unser mechanistisches Verständnis dieser Enzyme voranbringen. Das gewonnene Wissen kann dann einerseits zur Verbesserung biotechnologisch relevanter Enzyme, für die nachhaltige Synthese erneuerbarer Chemikalien, und andererseits zur Untersuchung der Auswirkungen von Mutationen in medizinisch relevanten Enzymen genutzt werden. 

Membrangebundene Oxidoreduktasen haben ein hohes Potenzial für biotechnologische Anwendungen und sind von biomedizinischer Relevanz. Die Abhängigkeit dieser Enzyme von einem Membrangerüst stellt jedoch ein großes Hindernis für ihre funktionelle Charakterisierung dar. Dieser BioTechMed YRG hat sich zum Ziel gesetzt, eine Toolbox für die Analyse der Struktur-Funktions-Beziehungen dieser Enzyme zu entwickeln und unser mechanistisches Verständnis von membrangebundenen Oxidoreduktasen zu verbessern.

Projektförderung

Förderung EUR 500.000,-