SynHydro³ – Syntheseplattform unter Verwendung von Wasserstoff, Hydrogenasen und Hydrogelen

Herausforderung und Ziel

Eine wasserstoffgetriebene Biokatalyse in Form einer modularen und skalierbaren Plattformtechnologie war bisher noch nicht implementiert, da hochaktive, robuste und skalierbare wasserstoffoxidierende Biokatalysatoren fehlen, die unter industriell prozessrelevanten Bedingungen funktional sind. Hydrogenasen sind vielversprechende Kandidaten, um Wasserstoff als Elektronendonor für die Synthese zu nutzen, aber aufgrund ihrer hohen Sauerstoffempfindlichkeit sind sie oft zu instabil.

Ergebnisse

Im Projekt SynHydro³ ist es nun gelungen, speziell ausgewählte Hydrogenasen zusammen mit anderen Enzymen so in redoxaktive Polymere einzubetten, dass sie vielfältig für die Synthese genutzt werden können, in der technischer Wasserstoff als Elektronendonor fungiert. Hierzu wurden neuartige biohybride katalytische Mikrodisks aus einem Redox-Hydrogel zur stabilen und funktionalen Integration der Hydrogenasen und zum Schutz vor oxidativer Schädigung entwickelt und für die wasserstoffgetriebenen Enzymkaskaden realisiert. Das Design des Hybridsystems erleichtert die Handhabung, Lagerung und Nutzung dieser Hydrogenasen unter Luft und ermöglicht katalytische Prozesse mit Sauerstoff als Co-Substrat.

Die skalierbare Produktion der Redox-Hydrogel-Mikrodisks wurde ebenfalls erfolgreich gezeigt. Diese enthalten alle für die Cofaktor-Regenerierung erforderlichen Enzyme, um sauerstoffabhängige Enzymkaskaden mit Wasserstoff als Elektronenquelle zu betreiben. Die Resultate wurden als Patentschrift eingereicht und werden derzeit zur Publikation vorbereitet. In Folgeprojekten wird die industrielle Machbarkeit weiter vorangetrieben.

Auswirkung

Dieses recycelbare Biohybrid-System wird als kompatible Plattformtechnologie unter Nutzung bestehender Bioreaktorinfrastruktur dienen und die Dekarbonisierung biokatalytischer Prozesse durch Ersatz von klassischen kohlenstoffreichen Elektronendonoren ermöglichen.