Das Helmholtz Portfoliothema Sustainable Bioeconomy beinhaltet die generelle Entwicklung von neuen Strategien zur effizienten, biotechnologischen Produktion von chemischen Grundbausteinen aus biogenen Reststoffen. Die Idee dabei ist, die in der Natur bereits existierenden, komplexen Moleküle als Ausgangsstoffe zu verwenden und weiter zu veredeln, und dadurch die chemische Synthese zur Herstellung von Produkten aus fossilen Rohstoffen zu vermeiden.

Im Rahmen dieses Protfoliothemas spielen Enzyme als substrat- und reaktionsspezifische Biokatalysatoren eine entscheidende Rolle, da mit ihrer Hilfe optisch reine Substanzen gewonnen werden können. Durch die Kopplung von mehreren enzymatischen Reaktionsschritten in einer so genannten Enzymkaskade können aus biogenen Reststoffen komplexe Produkte hergestellt werden. Maßgeblich dabei ist die Schaffung eines optimalen Milieus für diese enzymatische Umwandlung, um eine effiziente Produkterzeugung zu gewährleisten. Durch die Verwendung von mikrostrukturierten Reaktoren kann dabei eine effektive Substratzufuhr und eine einfache und direkte Produktgewinnung erreicht werden. Mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik können enzymspezifische Kompartimente hergestellt werden, die über Mikrokanäle eine Substratzufuhr und eine entsprechende Produktgewinnung ermöglichen.

Im Rahmen der Forschungsarbeiten von IMVT, IFG, TeBi und MAB wurde als Modellsystem die enzymatische Synthese von nicht proteinogenen Aminosäuren aus Hydantoin-Derivaten mit Hilfe einer zweistufigen Enzymkaskade ausgewählt. Dieser Prozess ist als Hydantoinase-Prozess bekannt und wurde bereits von unseren Projektpartnern am Campus Süd im Ganz-Zell-System etabliert.