Eine wässrige Lösung und Temperaturen um die 30 Grad – das sind die einzig beiden Voraussetzungen, die es braucht, um das an der Universität Graz neu entdeckte Enzym zu verwenden. Enzyme sind Eiweißmoleküle, die chemische Reaktionen beschleunigen, sie selbst werden dabei nicht verbraucht. Sie haben unterschiedliche Funktionen bei der Herstellung von Medikamenten, Desinfektions- oder Pflanzenschutzmitteln, erklärt Wolfgang Kroutil. Er ist Chemiker an der Universität Graz und betreute das Dissertationsprojekt von Lilla Gal, die das Enzym ausfindig machte. „Die organischen Verbindungen bestehen aus einem Kohlenstoffgrundgerüst, die Verbindung zwischen den Kohlenstoff-Atomen muss daher stabil sein“, erklärt der Chemiker.
Biologisch abbaubares Enzym
Bisher konnte man diese hier untersuchten Kohlenstoff-Verbindungen zwar herstellen, doch wird bei diesen chemischen Methoden meist mit umweltschädlichen Stoffen (z. B. DMF, Cyanide) gearbeitet. Bei der Option, die Lilla Gal gefunden hat, ist das nicht der Fall, erklärt Wolfgang Kroutil: „Meist benötigte man organische Lösungsmittel (Ether, Chloroform oder Acetonitril) und andere unterschiedlichste Chemikalien (DMF/POCl3 oder Zn(CN)2 oder NaOH). In unserem Fall können wir das Lösungsmittel durch Wasser ersetzen, daher unsere Reaktion läuft in wässrigem Milieu. Wir benötigen einen Biokatalysator, also ein Enzym, das aus erneuernbaren Rohstoffen (Aminosäuren, Eiweiß) hergestellt wird und entsprechend auch biologisch abbaubar ist. Und natürlich ist auch eine Kohlenstoffquelle notwendig“, führt Wolfang Kroutil aus.
Bakterium und Reaktion
Das neue Enzym wird dabei von einem Bakterium produziert. In der Natur wird das Enzym hergestellt, um Pflanzen vor Krankheiten zu schützen. Über die Reaktion sagt Wolfgang Kroutil: „Die Umsetzung passiert im wässrigen Milieu (bei einem bestimmten pH) mit dem Biokatalysator, und den beiden zu verknüpfenden Molekülen, konkret sind es hier Resorcinol Derivate und ein Formylester. Der Prozess läuft im wässrigen Milieu bei 35 °C ab. Beides sind große Vorteile, da die chemischen Prozesse in organischem Lösungsmittel und häufig entweder gekühlt auf -10 °C oder weniger oder erhitzt auf über 100 °C werden. Beides benötigt viel Energie.“
Künftige mögliche Einsätze
Das neue Enzym könnte eingesetzt werden, um Pharmazeutika, Vorstufen zu Agrochemikalien und anderen Chemikalien auf eine nachhaltigere Weise herzustellen. „Neben der Nachhaltigkeit könnte es auch positive Auswirkungen auf den Preis haben, da durch das Enzym weniger Abfall (wie Lösungsmittel und Nebenprodukte) produziert wird, dadurch sollte die Produktion günstiger werden“, so Wolfang Kroutil. Lilla Gals Projekt ist Teil des europäischen Marie-Curie-Trainingsnetzwerks „BioDeCCodiNNg“, das sich damit beschäftigt, neue und umweltfreundlichere Wege zu finden, um Verknüpfungen zwischen Atomen herzustellen.
