Größtes Forschungsvorhaben dieser Art in Europa

So manches Geheimnis der Natur schlummert im Erdboden und wartet nur darauf, entdeckt zu werden. Zum Beispiel bei der Suche nach neuen Biokatalysatoren: Das sind Enzyme, die in der Natur für einen reibungslosen Stoffwechsel in der Zelle sorgen und darüber hinaus für die industrielle Herstellung komplex aufgebauter Stoffe immer mehr an Bedeutung gewinnen. Derartige Enzyme sind beispielsweise in Mikroorganismen enthalten, die wiederum in großer Zahl im Erdboden zu finden sind. Bislang war es jedoch sehr zeitraubend und damit teuer, diese Enzyme zu isolieren und ihre Aktivität zu bestimmen. Das soll sich bald ändern: Forscher der BASF und des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart wollen gemeinsam neue Verfahren entwickeln, mit denen zukünftig schneller als bisher industriell interessante Enzyme identifiziert und für die technische Anwendung optimiert werden können.

»Für das Projekt stehen uns insgesamt über vier Millionen Mark zur Verfügung. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und soll drei Jahre laufen«, sagt Professor Dr. Rolf Schmid, Projektverantwortlicher am Fraunhofer IGB. Eingebunden in die Kooperation seien auch Institute der Universitäten Stuttgart, Tübingen und München. »Es handelt sich hier um das bisher größte Forschungsvorhaben dieser Art in Europa«, sagt Schmid. In den USA hätten sich bereits seit mehreren Jahren junge Biotechnik-Firmen der Suche nach Enzymen angenommen und wertvolle methodische Grundlagen erarbeitet.

Unerschlossenes Potential der Natur bietet der BASF neue Chancen

»Mikroorganismen mit ihren ausgefallenen Stoffwechselwegen sind als Quelle für neue Enzyme besonders interessant«, sagt Dr. Bernhard Hauer, der bei der BASF für das Projekt zuständig ist. Schätzungen zufolge gebe es mehr als 4,5 Millionen Arten von Mikroorganismen auf der Erde, von denen bisher aber nur knapp 100.000 Arten bekannt seien. »Das Potential neuer Enzyme, das die Natur uns zur Verfügung stellt, ist demnach längst noch nicht erschlossen«, meint der BASF-Forscher.

Um die Aktivität eines bestimmten Enzyms testen zu können, muß es erst einmal in kleiner, aber ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Nach herkömmlicher Vorgehensweise werden dafür die Mikroorganismen zunächst isoliert, um daraus die Enzyme zu gewinnen. Viele Mikroorganismen, die nur schwer im Labor kultivierbar sind, konnten dabei jedoch gar nicht erfaßt werden. Deshalb wollen die Forscher diesen ersten Schritt, nämlich das Isolieren der Mikroorganismen, zukünftig umgehen: Gene, die letztlich für die Synthese von Enzymen verantwortlich sind, sollen mit molekularbiologischen Methoden direkt isoliert werden, beispielsweise aus Bodenproben. Eingepflanzt in spezielle mikrobielle Wirte, sorgen diese Gene dort für die Herstellung des jeweiligen Enzyms. Mit Hilfe von Robotern werden die Biokatalysatoren dann in einem sogenannten Screening-Verfahren automatisch und mit hohem Probendurchsatz auf die gewünschte Aktivität hin untersucht.

»Wir hoffen, mit dieser Methode wesentlich schneller als beim klassischen Enzymscreening zu Biokatalysatoren zu gelangen, die zur Herstellung von Verbindungen für die pharmazeutische und chemische Industrie verwendet werden können«, sagt Professor Schmid vom Fraunhofer IGB.

Bei der BASF ist bereits ein innovatives Verfahren zur chemoenzymatischen Herstellung von optisch aktiven Zwischenprodukten entwickelt worden. Das besondere daran ist, daß hier mit Hilfe des Enzyms Lipase als Biokatalysator aus einem Racemat nur eines der Enantiomeren zum gewünschten Produkt umgesetzt wird. Die beteiligten Forscher sind dafür 1996 mit dem Innovationspreis des Unternehmens ausgezeichnet worden. Optisch aktive Zwischenprodukte dienen insbesondere zur Herstellung von Wirkstoffen für den Pharma- und Agrobereich. Derzeit wird bei der BASF am Standort Ludwigshafen die weltweit größte Mehrprodukte-Anlage für optisch aktive Zwischenprodukte gebaut. Sie wird
voraussichtlich im Jahr 2000 den Betrieb aufnehmen.

Auch das Fraunhofer IGB entwickelt neue Methoden, mit denen optisch aktive Substanzen mit Hilfe von Biokatalysatoren hergestellt werden können. In einem chemoenzymatischen Verfahren zur Synthese chiraler Amine beispielsweise werden Amide mit Hilfe des Enzyms Amidase zu Aminen umgesetzt. Die gewünschte chirale Variante wird dabei mit mehr als 99 Prozent Reinheit hergestellt, denn der Biokatalysator zeichnet sich durch große Spezifität aus. Dieser hohe Reinheitsgrad ist auch notwendig, denn Amine werden bei der Produktion vieler Medikamente als Zwischenprodukt eingesetzt. Für diese neuartige Synthesetechnik hat das IGB ein Patent angemeldet.