TU Darmstadt leitet CarbaZymes

21.10.2015

TU Darmstadt leitet CarbaZymes

Ein innovatives Biokatalyse-Projekt, das von der EU im Forschungsprogramm Horizon 2020 mit 8,2 Mio. Euro finanziert wird

Im Konsortium des Projekts CarbaZymes, das Spitzenforschung der Biokatalyse aus dem industriellen und akademischen Sektor zusammenführt, spielt die Technische Universität Darmstadt eine Schlüsselrolle als Partner und Konsortialführer. Das CarbaZymes-Konsortium umfasst 7 Universitäten und Forschungsinstitute, 6 kleinere bis mittlere Firmen (KMU) und ein multinationales Großunternehmen, die in 5 europäischen Ländern beheimatet sind. Das CarbaZymes-Projekt (vollständiger Titel: „Nachhaltige industrielle Prozesse basierend auf einer Plattform C–C-Bindungen bildender Enzyme”, Forschungsvereinbarung Nr. 635595) ist am 1. April 2015 im europäischen Forschungsprogramm Horizon 2020 gestartet und wird als “Innovation Action” im Rahmen der Ausschreibung BIOTEC-3-2014: Erweiterung der Industrieanwendungen enzymatischer Prozesse für eine Laufzeit von vier Jahren gefördert.

Die Biotechnologie ist eine der Schlüsseltechnologien (“Key Enabling Technologies, KET") für die zukünftige globale Wettbewerbsfähigkeit der EU. Zwar sind katalytische C–C-Verknüpfungsreaktionen (Carboligation) das Herzstück organischer Synthesen in der Industrie, aber das Potential von biokatalytischen Werkzeugen bleibt hierfür größtenteils ungenutzt wegen langer Entwicklungszeiten und einem Mangel an breit einsetzbaren biokatalytischen Reaktionen. CarbaZymes geht diese Herausforderungen an mit dem Ziel, eine für industrielle Zwecke geeignete Plattform zu entwickeln mit neuartigen und breit verwendbaren C–C-knüpfenden Enzymen, die für die biokatalytische Synthese von bedeutenden aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffen (API) sowie von Grundchemikalien wie Polymer-Vorstufen nützlich sind. Die zu entwickelnden Methoden sollen alternative energieeffiziente, nachhaltige und “grünere” Wege für die Produktion von Industriechemikalien aufzeigen. Im Vergleich zu traditionellen chemischen Verfahren hat die Biokatalyse inhärente Sicherheitsvorteile, weshalb die Plattform für biokatalytische Carboligation danach strebt, den aktuellen Einsatz von Gefahrstoffen in der industriellen Massenproduktion von Produkten mit hohem wirtschaftlichem und gesellschaftlichem Wert nachhaltig zu ersetzen.

Das CarbaZymes-Projekt ist bestrebt, das sogenannte “Tal des Todes”, („valley of death“) zu überbrücken, das heißt, die Lücke zwischen akademischen Entdeckungen im Labor und deren Anwendung im Industriemaßstab zu schließen, indem technisch und wirtschaftlich machbare biokatalytische Wege, die zur großtechnischen Synthese wichtiger Chemikalien in einer effizienten und umweltfreundlichen Weise geeignet sind, beispielhaft demonstriert werden sollen. Es ist absehbar, dass patentfähige technische Ergebnisse des Projekts in Form neuer Produkte, neuer Prozesse und neuer Technologien entwickelt und in verschiedenen Geschäftsfeldern kommerzialisiert werden können. Dadurch wird CarbaZymes helfen, die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen pharmazeutischen und chemischen Industrie zu festigen, im Einklang mit den Zielsetzungen des Eckpfeilers Industrial Leadership im Forschungsprogramm Horizon 2020.

Das CarbaZymes-Konsortium besteht aus den folgenden 14 Partnern: Technische Universität Darmstadt (TUDA, Darmstadt, Deutschland), Instituto de Quimica Avanzada de Cataluna (IQAC-CSIC, Barcelona, Spanien), Universidad Autonoma de Madrid (UAM, Madrid, Spanien), Technische Universität Braunschweig (TUBS, Braunschweig, Deutschland), Universität Groningen (RUG, Groningen, Niederlande), Universität Zagreb (UZAG, Zagreb, Kroatien), Biochemize SL (BCZ, Barcelona, Spanien), Bioprodict B. V. (BIOP, Nijmegen, Niederlande), Sustainable Momentum S. L. (SUSMOM, Gran Canaria, Spanien), Institut Universitari de Ciència i Tecnologia, S. A. (IUCT, Barcelona, Spanien), Enzymicals AG (ENZ, Greifswald, Deutschland), Universität Freiburg (UFREI, Freiburg, Deutschland), Prozomix Ltd (PROZO, Haltwhistle, Großbritannien), Evonik Creavis GmbH (EVO, Essen, Deutschland).

Professor W.-D. Fessner, Koordinator des CarbaZymes-Projektes: “CarbaZymes ist eine einzigartige Gelegenheit, im Rahmen eines Konsortiums von Weltklasse-Experten und Technologie-Führern der Industrie die nächste Generation von Biokatalysatoren und Prozessen für chirale Synthesen zu entwickeln, um dadurch wichtige biotechnologische Innovationen voranzutreiben und die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie für die Zukunft zu verbessern”

Professor W.-D. Fessner, Lehrstuhlinhaber für Organische Chemie am Fachbereich Chemie der TU Darmstadt, leitet und koordiniert das über 9 Millionen Euro teure CarbaZymes-Projekt, das durch das Forschungsprogramm Horizon 2020 durch die EU mit € 8,2 Millionen gefördert wird. Davon wird die in seinem Labor ausgeführte Forschung mit fast € 1,5 Millionen finanziell unterstützt. Er und seine Forschungsgruppe haben sich besonders auf die Entdeckung, Klonierung, Charakterisierung, Optimierung und Nutzung von Enzymen für stereoselektive Carboligations-Reaktionen spezialisiert.

Bei der Bildung einer neuen C–C-Bindung zwischen zwei Komponenten — wobei eine als Nukleophil und die andere als Elektrophil reagiert — werden gleichzeitig bis zu zwei benachbarte Chiralitätszentren geschaffen, wobei die verschiedenen Stereokonfigurationen nur schwer in gezielter Weise zu kontrollieren sind. Die Natur hat jedoch Enzyme entwickelt, die solche Reaktionen mit exzellenter Stereokontrolle unter sehr milden Reaktionsbedingungen steuern können. Seit dreißig Jahren haben Professor Fessner und seine Arbeitsgruppe auf dem Feld der biokatalytischen Carboligationen Pionierarbeit geleistet und dabei mit verschiedenen Aldolasen und verwandten C–C-verknüpfenden Enzymen innovative Synthesen entwickelt. Die Gruppe hat daneben ein Portfolio von Technologien für Enzym-Assays entwickelt, das für die Entdeckung und Optimierung von Biokatalysatoren mit verbesserten katalytischen Eigenschaften hilfreich ist. Allgemein hat der Arbeitskreis eine ausgezeichnete, breite Erfahrung im Bereich der Asymmetrischen Synthese mittels angewandter Biokatalyse unter Verwendung von Enzymen unterschiedlichsten Typus und Ursprungs, was sowohl Reaktionen mit einzelnen Enzymen, als auch die Entwicklung von komplexen Mehr-Enzym-Reaktionskaskaden in vitro (“künstliche Metabolismen”) umfasst. Außerdem besitzt das Labor eine umfassende Kompetenz im Design und der Realisierung präparativer Enzymkatalyse vom explorativen Maßstab bis hin zur Entwicklung von optimierten Verfahren für größere Laborsynthesen. Professor Fessner bringt in das Konsortium seine langjährige Erfahrung in der Planung und Koordination öffentlich geförderter internationaler Forschungsprogramme ein.

Vortrag von CarbaZymes auf dem KET Biotechnology-Workshop der Europäischen Kommission

Professor Fessner von der Technischen Universität Darmstadt als CarbaZymes-Koordinator und Dr. Rainer Wardenga, Vorstand für Forschung und Entwicklung (CSO) des KMU Enzymicals, haben auf Einladung der Europäischen Kommission in Brüssel am 22. September an dem Workshop “Maximising the Impact of KET Biotechnology” teilgenommen. Sie waren eingeladen, das CarbaZymes-Projekt zu präsentieren (EC Präsentation) sowie aus ihrer Erfahrung und ihrer wissenschaftlichen Kompetenz wertvolle Einsichten zur Diskussion beizutragen, wie man die mögliche Wirkung solch innovativer Forschungsprojekte im Bereich der Schlüsseltechnologien („Key Enabling Technologies“, KET) maximieren kann. CarbaZymes als integraler Bestandteil dieser KET-Projekte wird dabei helfen, Europas Zukunft zu gestalten.

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