eCO₂DIS – Simulationsgeleitete Entwicklung eines strom- oder H₂-getriebenen In-vitro-Acetyl-CoA-Produktionsmoduls als Plattformchemikalie aus CO₂ für eine diversitätsorientierte Synthese

In eCO₂DIS werden synthetische Biologie, Bioelektrokatalyse und Polymerchemie zu einer leistungsstarken Technologie für die diversitätsorientierte Synthese von wertvollen Zielverbindungen direkt aus CO₂ zusammengeführt. Konkret wird die synthetische Diversifizierung von Acetyl‑CoA für drei verschiedene Produktetypen demonstriert: aliphatische Alkohole, Aromaten und strukturell komplexe Naturstoffe.

Herausforderung

CO₂ und erneuerbare Energien sind Schlüsselressourcen, um Syntheseprozesse der chemischen Industrie zu defossilisieren und damit zukunftsfähig zu machen, werden aber aufgrund fehlender Technologien für eine nachhaltige Chemie derzeit nur in geringem Umfang eingesetzt.

Vorhaben

eCO₂DIS besteht aus zwei Modulen: 1) dem Acetyl‑CoA-Modul: Hier wird die CO₂‑Fixierung mit Hilfe von grünem Strom und/oder grünem H₂ über einen synthetischen Acetyl‑CoA‑Reaktionsweg (SACA) durchgeführt, um mit Acetyl‑CoA eines der zentralen Zwischenprodukte im Chemiebaukasten der Natur zu erhalten. 2) Innerhalb eines Diversifizierungsmoduls werden über kurze Enzymkaskaden verschiedene industriell relevante Zielprodukte aus Acetyl‑CoA synthetisiert. Durch rationales Design werden wir die Enzymkaskadenreaktionen und die Cofaktor-Versorgung kinetisch ausbalancieren und so eine hohe Atomökonomie erreichen. Die Enzyme werden in elektronenleitenden und proteinstabilisierenden Redox‑Polymer-Gelen immobilisiert, um direkte Elektronenpfade von H₂/Elektrizität zum Endprodukt durch eine ununterbrochene Enzymkaskade zu schaffen.

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Projektträger Jülich (PtJ) für die Förderung des Projekts »eCO₂DIS«, Förderkennzeichen 031B1405A, im Programm »Klimaneutrale Produkte durch Biotechnologie – CO₂BioTech«.