Helmholtz-Gemeinschaft

Einleitung
2006 schon 80% (Stürmer und Breuer, 2006). Eine Reihe dieser chiralen pharmazeutischen
Intermediate wird heutzutage durch biokatalytische Prozesse gewonnen (Patel, 2008).
Aber auch in anderen industriellen Zweigen gewinnen enzymatisch katalysierte Prozesse an
Bedeutung. So löste z.B. die Bildung von Acrylamid durch die Nitrilhydratase, die klassische
chemische Produktion ab. Während mit der chemischen Kupferkatalyse nur Partialumsätze
erreicht wurden und so eine aufwendige Aufarbeitung über Ionenaustauscher zur Entfernung
des Substrates notwendig war, konnte durch die biokatalytische Reaktion ein Umsatz von
99,97% erreicht werden. Zusätzlich sind die Reaktionsbedingungen mit 15 °C sehr mild und
machen eine weitere Nachbehandlung des Roh-Acrylamids unnötig (Stürmer und Breuer,
2006). Mehrstufige Prozesse, können durch den Einsatz von Enzymen vereinfacht werden,
wie z.B. bei der Produktion von Vitamin C oder Vitamin B2, so konnten nicht nur
Zeitaufwand und Produktionskosten gesenkt sondern auch toxische Zwischenprodukte
vermieden werden (Stürmer und Breuer, 2006, Wohlgemuth, 2009). Veit von der Firma
Evonik (ehemals Degussa) beschreibt die Vorteile der enzymatisch katalysierten Fettsäure-
Ester Produktion für die kosmetische Industrie. Zum Beispiel wird durch die milderen
Reaktionsbedingungen nicht nur der Energieaufwand verringert, sondern auch unerwünschte
Verfärbungen des Produktes vermieden. Des Weiteren wird durch die hohe Selektivität die
Bildung von unerwünschten Nebenprodukten umgangen. So werden unerwünschte
Eigenschaften im Endprodukt minimiert und eine Reihe aufwendiger Aufarbeitungsprozesse
entfällt. Damit ist die Produktion schneller, effizienter und umweltfreundlicher (Veit, 2004).
Im Jahr 2000 wurden weltweit biotechnologische Produkte mit einem Wert von 60 Mrd. US $
umgesetzt (Stürmer und Breuer, 2006). Ermöglicht wurde diese Entwicklung durch weit
reichende Fortschritte in verschiedenen Forschungsbereichen. Durch die Entschlüsselung des
Genoms einer Vielzahl von Organismen ist es möglich, potentiell interessante Enzyme über
Homologie-Analysen zu identifizieren. Durch stetig optimierte Klonierungstechniken,
Etablierung einfach zu handhabender Expressionsstämme für verschiedene Bedürfnisse sowie
automatisierte Protein-Reinigungstechniken ist der Zugang zu großen Mengen dieser Enzyme
mit relativ geringem Aufwand möglich. Metagenomprojekte, in Verbindung mit Hochdurchsatz-Tests
zur Identifikation spezifischer Reaktionen, ermöglichen den Zugang zu
Biokatalysatoren unbekannter oder im Labor nicht kultivierbarer Mikroorganismen. Durch die
gerichtete Evolution werden durch mehr oder weniger zufällige Mutationen und
anschließende Selektion auf spezifische Eigenschaften, Enzyme optimiert. In Kombination
2