Modellregion, Phase 1, Bio4Mat-Pro: BoostLab1-8 - BioProNuk, Biokatalytische Produktionstechnik für Nukleotidzucker - Valorisierung von nachwachsenden Rohstoffen, TP1

Abstract

Nukleotidzucker finden primäre Anwendung in der pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie. Im Pharmabereich dienen sie als Donorsubstrate für Leloir-Glykosyltransferasen zur Herstellung von humanen Milcholigosacchariden (HMOs), therapeutischen Glykoproteinen und Glykosaminoglykanen wie Heparin, Heparansulfat, Chondroitinsulfat und Hyaluronsäure. Ihre Verwendung wird jedoch durch begrenzte Verfügbarkeit und hohe Kosten (30-192 €/mg bei maximal 25 mg) eingeschränkt. Die AG Elling an der RWTH Aachen hat Enzymkaskaden entwickelt, um bis zu 14 Nukleotidzucker im Multi-Gramm-Maßstab zu synthetisieren. Ein abgeschlossenes AiF/ZIM-Projekt ("Nuk- Zuk") mit BIOLOG LSI und SeSam Biotech zielte auf die Optimierung dieser Kaskaden sowie die Etablierung eines repetitiven Batch-Verfahrens ab. Dies bildete die Grundlage für das BMFTR-Projekt "BioProNuk", das innovative Enzymkaskaden und ein Reaktorkonzept zur effizienten Synthese von Nukleotidzuckern mit integrierter Nukleotid-Regeneration entwickeln will. Der angestrebte biokatalytische Ansatz birgt wissenschaftliche und wirtschaftliche Risiken, insbesondere hinsichtlich der Langzeitstabilität der beteiligten Enzyme und möglicher Aktivitätsverluste durch Immobilisierung. Es werden alternative Lösungen benötigt, wie Reaktorstrategien mit löslichen oder gezielt immobilisierten Enzymen sowie Verbesserungen in der Aktivität und Spezifität der Kaskadenenzyme. Innovative Reaktorkonzepte für immobilisierte Multienzymsysteme sind bisher nicht beschrieben worden. Der geplante Einsatz von Membranreaktoren oder Festbettreaktoren ist innovativ, aber risikobehaftet, um eine großtechnische Synthese zu ermöglichen. Im Erfolgsfall könnte dies das finanzielle Risiko für Industriepartner verringern, da solche Entwicklungen ohne staatliche Förderung schwer realisierbar wären. Die Umsetzung erfordert spezielle Fachkenntnisse der Projektpartner.