Forscherinnen und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben eine Technologie entwickelt, mit der sich Enzyme zu millimetergroßen, stabilen und lagerfähigen Kügelchen (Beads) zusammenfügen lassen. Das Besondere daran: Die Enzyme wirken dabei nicht nur als Katalysatoren, sondern bilden zugleich das Material der Beads selbst – ein zusätzlicher Trägerstoff entfällt.
Die enzymbasierte Biokatalyse gilt als Schlüsseltechnologie für eine nachhaltigere chemische Produktion. Mit ihr lassen sich pharmazeutische Wirkstoffe und andere komplexe Moleküle umweltfreundlich synthetisieren – im Vergleich zu klassischen chemischen Synthesen oft unter milderen Bedingungen, bei niedrigeren Temperaturen, in wässrigem Medium und ohne schwermetallhaltige Katalysatoren.
Bislang werden Enzyme für technische Anwendungen häufig auf Trägermaterialien wie Polymeren oder Kieselsäure immobilisiert, um ihre Stabilität zu erhöhen und ihre Abtrennung aus dem Reaktionsgemisch zu erleichtern. Der Nachteil solcher Verfahren: Der inerte Träger verdünnt die katalytische Aktivität pro Volumen. Die neue KIT-Technologie umgeht dieses Problem, indem die Enzyme selbst ein räumliches Netzwerk und damit das komplette Bead-Material formen.
In einer weiteren Variante lassen sich die Enzymnetzwerke mit lebenden Zellen kombinieren. Das eröffnet Möglichkeiten für Kaskadenreaktionen, bei denen Zellstoffwechsel und isolierte Enzyme gemeinsam wirken – etwa für die Synthese besonders komplexer Produkte.
Für die Technologie wurde bereits eine Patentanmeldung eingereicht. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Die Entwicklung könnte künftig die skalierbare und ressourcenschonende Herstellung von Arzneistoffen und Feinchemikalien erleichtern.
Hintergrund: Die Immobilisierung von Enzymen wird seit den 1960er-Jahren industriell eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von High-Fructose-Sirup mit immobilisierter Glucoseisomerase; sie verbessert Lagerstabilität und Wiederverwendbarkeit der Biokatalysatoren erheblich.
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