Die Natur hält eine Vielfalt von Biokatalysatoren (Enzymen) bereit, die alle intrinsisch die Fähigkeit besitzen biogene Substrate umwandeln zu können. Ansätze für die Umwandlung von Biomasse in Grund- und Feinchemikalien erfordern aber biochemische Parameter, die sich signifikant von denen in den natürlichen Habitaten der Enzyme unterscheiden. Die Enzyme müssen sowohl untereinander kompatibel sein, aber auch alle auftretenden Intermediate, hohe Produktkonzentrationen und Lösungsmittel tolerieren.

Abbildung 1: Kristallstruktur einer Oxidoreduktase. In die Struktur wurde ein Substrat gedockt (Molekül in cyan), um HotSpots für ein semi-rationales Engineering zu identifizieren (türkiser Bereich)

Um sie dafür und auf die entsprechenden Biotransformationen zu optimieren, müssen wir viele Enzymeigenschaften, wie (Thermo)Stabilität, spezifische Aktivität, Substratspezifität, Cofaktorspezifität und Inhibition maßschneidern. Dabei steht immer eine Anwendung im Zentrum, wir versuchen aber auch das molekulare Verständnis der Katalyseprozesse im Enzym durch Enzymengineering zu verstehen. Erfolgreiche Beispiele aus unseren Arbeiten sind die Stabilisierung von Enzymen für die Funktion bei hohen Temperaturen, Optimierung der generellen Aktivität, der Änderung der Cofaktorspezifität und die Verwendung von nichtnatürlichen Cofaktoren.

Entscheidend für den Erfolg einer gerichteten Evolution sind die Qualität der Bibliotheken und die Effizienz und Genauigkeit der Durchmusterungsverfahren. Wir entwickeln neue Mutagenese- und Rekombiantionsstrategien als auch chemische, enzymatische oder physikalische Hochdurchsatzassays und Selektionsmethoden. Die Assays werden sowohl im klassischen 96-well Format (medium bis high throughput) auf unserer Roboter-Plattform etabliert, als auch für ultrahigh throughput Anwendungen auf unseren mikrofluidischen Systemen.