Publikationen und Patente

  Publikationen und Patente Biotec

Wir sind eine weltweit führende Gruppe im Bereich Protein Engineering mit Fokus auf Gelenkter Evolution und semirationalem oder rationalem Design. Unsere Forschung beinhaltet die Entwicklung empirischer und computer-basierter Basismethoden, sowie die Anwendung dieser zur Generierung von Enzymvarianten mit maßgeschneiderten Charakteristika. Bioinformatische Methoden dienen darüber hinaus dem Verständnis von Struktur/Funktions-Beziehungen der Zielenzyme. Die Forschungsaktivität der Gruppe spiegelt sich in über 190 begutachteten Artikel und über 20 Patenten wider.

Sie haben ebenfalls die Möglichkeit, die vollständige Publikationsliste über den Bibliotheks-Server einzusehen (Bitte beachten Sie, dass die dort hinterlegten Daten durch die RWTH-Bibliothek generiert werden).

 
 

Sortase-vermittelte Ligation von vollständig künstlichen Bausteinen

Die Publikation einer neuartigen Anwendung für Sortase A ist das Resultat der Zusammenarbeit der Schwaneberg- und der Böker-Gruppe. Sortase A, ein Enzym aus Staphylococcus aureus, wurde seit Langem als Katalysator zur Ligation von Proteinen mit diversen Biomolekülen, Partikeln und Oberflächen erforscht. Die vorliegende Arbeit zeigt die enzymkatalysierte Verknüpfung zweier synthetischer Blöcke. Zunächst wurde die Verküpfung von Silicananopartikeln mit Polymeren und zwischen Silikananopartikeln unterschiedlicher Größe mittels Sortase A untersucht. Anschließend wurde die Verknüpfung zweier kommerziell erhältlicher Polymere mithilfe von Sortase A über MALDI-TOF-MS gezeigt. Zu diesem Zweck wurden die Bausteine zunächst mit einer für die Sortase A Reaktion benötigten Erkennungssequenz – der konservierten Peptidsequenz LPETG – und einem Pentaglycinmotiv ausgestattet. Die Verbindung von Peptiden zu Nanopartikeloberflächen und terminalen funktionellen Gruppen von Polymeren wurde mittels Thiol-Click Reaktionen zwischen Cystein Resten des Peptidmotifs und C=C dekorierten Bausteinen durchgeführt. Unsere Ergebnisse zeigen damit eine neue Ligationsmethode für synthetische Spezies auf.

Teile dieser Arbeit wurden am Zentrum für Chemische Polymer Technologie im DWI durchgeführt, das durch die EU und das Bundesland Nordrhein-Westfalen unterstützt wird.

Dai, X., Mate, D. M., Glebe, U., Mirzaei, Garakani, T., Körner, A., Schwaneberg, U., Böker, A.; Sortase-Mediated Ligation of Purely Artificial Building Blocks, Polymers, 2018, 10, 151; doi:10.3390/polym10020151

 
 

Gerichtete Evolution einer Synthase aus Pasteurella multocida zur Produktion hochmolekularer Hyaluronsäure

Mandawe, J., Infanzon, B., Eisele, A., Zaun, H., Kuballa, J., Davari, M.D., Jakob, F., Elling, L., Schwaneberg, U.; Directed Evolution of Hyaluronic Acid Synthase from Pasteurella multocida Towards High Molecular Weight Hyaluronic Acid; ChemBioChem, 2018

 
  Hyaluronic Acid Bio VI Diese Figur zeigt die verbesserte Flexibilität des N-Terminus von pmHAS mit der Dreifachsubstitution (T40L, V59M und T104A). Die endgültige Variante, pmHAS-VF, kann HA bis zu 4,7 MDa mit einer zweifachen Verbesserung der massenbasierten Umsatzzahl produz

Im Zuge einer gerichteter Evolutionskampagne hat John eine Variante der Hyaluronsäure-Synthase aus Pasteurella multocida generiert, die durch eine verbesserte Flexibilität der N-terminalen Region eine erhöhte Aktivität in der Polymerisierung von Hyaluronsäuren aufzeigt. Die Produktion hochmolekularer Hyaluronsäure-Polymere bis 4,7 MDa konnte so im Ertrag verdoppelt werden. Hyaluronsäure ist ein natürliches Glycosaminglykan, das momentan weltweit großes wirtschaftliches Interesse erfährt: Mit einem weltweiten Marktwert von 8,3 Millionen US$ wird es zahlreichen kosmetischen und medizinischen Produkten zugesetzt. Die hier veröffentlichte Protein Engineering Kampagne demonstriert nicht nur die generelle Anwendbarkeit des Protein Engineerings auf eine effizientere Hyaluronsäure-Produktion, es wird zudem die potentielle Schlüsselrolle des N-Terminus der Synthase beleuchtet. Das Projekt wurde in der Abteilung Biohybrid Systeme entwickelt und wurde durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt finanziert.

Zugang zur Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente

 
 

Der Austausch einzelner Aminosäuren der Bacillus subtilis-Lipase A zeigt, dass 40–60% der Positionen zu einer verbesserten Resistenz gegenüber organischen Lösemitteln führen

Verbesserung von Enzymen in ionischen Flüssigkeiten Bio VI

In Josianes neuer Publikation wurde in einer systematischen Studie die gesamte natürliche Diversität des Enzyms Lipase A aus Bacillus subtilis durch jeweils einen Aminosäureaustausch untersucht, um das Potential zur Verbesserung von Enzymen in Anwesenheit von organischen Lösemitteln zu demonstrieren. Insgesamt zeigten 41–59% der Positionen mit 4-10% aller möglichen Substitutionen eine Verbesserung der Kosolvent-Resistenz gegen 2,2,2‑Trifluorethanol, 1,4-Dioxan und Dimethylsulfoxid. Bei einer Verbesserung der Resistenz gegen 1,4-Dioxan und 2,2,2‑Trifluorethanol wurden bevorzugt geladene Aminosäuren substituiert wohingegen polare Aminosäuren bei verbesserter Dimethylsulfoxid Resistenz substituiert wurden. Auf der Enzymoberfläche wurden vornehmlich Substitutionen geladener Aminosäuren registriert, während polare Austausche im Kern des Enzymes stattfanden. 58–93% der vorteilhaften Substitutionen führten zu chemisch unterschiedlichen Aminosäuren. Diese Arbeit wurde finanziell durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Gruppe BioNoCo—Biocatalysis using non‑conventional media GRK 1166 und das Hundred Talents Program of Chinese Academy of Sciences für Prof. Leilei Zhu unterstützt.

Frauenkron‑Machedjou, V. J., Fulton, A., Zhao J., Weber, L., Jaeger, K. E., Schwaneberg, U. and Zhu, L.: Exploring the full natural diversity of single amino acid exchange reveals that 40–60% of BSLA positions improve organic solvents resistance; Bioresour. Bioprocess. (2018) 5:2

 
 

Ein robustes Protokoll für die gelenkte Arylsulfotransferase Evolution für GlcNAc

Arylsulfotransferase-Evolution Bio VI

Die Sulfurylierung von Biomolekülen ist in der Natur weit verbreitet, da sie eine wichtige Rolle bei biologischen Ereignissen wie Signaltransduktion, Entgiftung, molekulare Erkennung und Hormonregulierung spielt. Chemische Sulfurylierung wird auch in der Industrie durchgeführt, wobei häufig mehrere Schritte und giftige Chemikalien benötigt werden. Ausserdem weisen die Verfahren üblicherweise einen Mangel an Regio- und Chemoselektivität vor. Andererseits katalysiert die Enzymklasse der Sulfotransferasen die selektive Übertragung einer Sulfurylgruppe von einem Donor zu einem Akzeptormolekül. Unter den Sulfotransferasen ist die Klasse der bakteriellen Arylsulfotransferasen wegen ihres breiten Akzeptorspektrums und kostengünstigen Sulfuryldonors von wachsenden Interesse. Als eine Alternative zu chemischen Methoden wird die enzymatische Sulfurylierung vorgeschlagen, indem die gelenkte Evolution eine wichtige Rolle spielen kann, um die katalytische Leistungsfähigkeit und Substratspezifizität industriell relevanter Arylsulfotransferasen zu verbessern.

Ein gelenkte Arylsulfotransferase Evolutionsprotokoll wurde erfolgreich validiert, um die spezifische Aktivität für das Monosaccharid, N-Acetylglukosamin - GlcNAc zu verbessern. Eine Zufallsmutagenese-Bibliothek der Arylsulfotransferase B aus Desulfitobacterium hafniense wurde mit der Sequenzsättigungsmutagenese – SeSaM generiert. Die Durchmusterung von 1760 Klonen wurde mittels des erweiterten und optimierten para-Nitrophenylsulfat-basierten Durchmusterungssystems im 96-Well-Format durchgeführt. Die beste identifizierte Variante mit einer Substitution Val579Asp, ASTB-V1, zeigte eine bis zu 3,4-fach verbesserte spezifische Aktivität und eine 2,4-fach höhere monosulfurylierte N-Acetylglukosamin-Produktion, die über die Hochleistungsflüssigchromatographie und Massenspektrometrie analysiert wurde.

Islam, S., Mate, D.M., Martínez, R., Jakob, F., Schwaneberg, U., 2018. A robust protocol for directed aryl sulfotransferase evolution toward the carbohydrate building block GlcNAc. Biotechnol. Bioeng., first published online Jan 22 2018, DOI: 10.1002/bit.26535.

 
 

Protein-Engineering von FhuA Δ1-160 zur Steigerung der Porengröße

FhuA Δ1-160 ACS Publications

Biologische Membranen sind das perfekte Beispiel eines molekularen Filters, der Membrankanäle verwendet, um die Permeabilität von kleinen wasserlöslichen Molekülen zu kontrollieren. Um größere hydrophile Moleküle zu filtern, haben wir mit der FhuA Variante FhuA Δ1-160 begonnen, welcher die Korkdomäne, die den Kanal verschließt, fehlt. Durch stufenweises Kopieren der Aminosäuresequenz von zwei β-Strängen wurde der Porendurchmesser vergrößert. Dabei wurde die Anzahl der β-Stränge insgesamt von 22 auf 34 erhöht. Die Porengröße des erweiterten Kanalproteins wurde mittels Einzelkanal-Leitfähigkeitsmessungen charakterisiert. Darüber hinaus wurden Polymerausschlussmessungen durchgeführt, indem die Einzelkanal-Leitfähigkeit in Anwesenheit unterschiedlich großer Polyethylenglycole mit bekannten Polymer „ random coil“ Radii analysiert wurde.

Leitfähigkeitsmessungen von kleinen, kanal-penetrierenden Polymeren gegenüber größeren, ausgeschlossenen Polymeren legen eine Vergrößereung des Porenradius von 1,6 nm für FhuA Δ 1-160 auf einen Wert von bis zu 2,7 nm für FhuA Δ 1-160 + 8 β nahe. Die Einbindung weiterer β-Stränge führte zur Instabilität des Kanals und dem Ausschluss von kleineren Polymeren. Der effektive Radius von FhuA Δ1-160 + 10 β und FhuA Δ1-160 + 12 β nahm auf 1,4 beziehungsweise 1,3 nm ab und zeigt damit die Grenzen dieses Ansatzes auf.

Liu, Z., Ghai, I., Winterhalter, M., Schwaneberg, U.,2017. Engineering enhanced pore sizes using FhuA Δ1-160 from E. coli outer membrane as template. ACS Sens., 2, 1619-1626.

 
 

Gerichtete Evolution von Polypropylen- und Polystyrol-Bindepeptiden

PePevo Bio VI

Die Oberflächenfunktionalisierung von Polymeren wie Polypropylen und Polystyrol mit Materialbindepeptiden ermöglicht eine effiziente Immobilisierung von Enzymen, bioaktiven Peptiden oder Antigenen bei Raumtemperatur in wässriger Umgebung. Das entwickelte Peptid Polymer Evolutionsprotokoll (PePevo) ist ein robustes Protokoll zur gerichteten Evolution, das ein Maßschneidern von polymerbindenden Ankerpeptiden unter Anwendungsbedingungen ermöglicht. Der entscheidende Erfolgsfaktor war die Etablierung einer hochfrequent mutierenden epPCR, 60 Mutationen pro kb, die eine ausreichende Mutationsrate in den beiden Bindepeptiden LCI und Tachystatin A2 sicherstellte. LCI und Tachystatin A2 wurden genetisch mit dem Reporter egfp fusioniert um ihre Bindung an Polypropylen und Polystyrol Oberflächen durch Fluoreszenzanalyse zu quantifizieren. PePevo wurde in zwei unabhängigen Kampagnen für beide Peptide und Polymere, LCI und Polypropylen sowie Tachystatin A2 und Polystyrol, validiert. Das nichtionische Tensid Triton X-100, 1 mM für LCI, und das anionische Tensid LAS, 0,5 mM für Tachystatin A2, wurden als Selektionsdruck zur Identifizierung verbesserter Bindevarianten eingesetzt. PePevo ergab zwei- bis zu dreifach verbesserter LCI Polypropylenbinder, I24T, Y29H, E42K und D31V, E42G, sowie zwei- bis zu sechsfach verbesserter Tachystatin A2 Polystyrolbinder R3S, L6P, V12K, S15P, C29R, R30L, F33S, Y44H und F9C, C24S, G26D, S31G, C41S, Y44Q.

Rübsam*, K., Weber*, L., Jakob, F., Schwaneberg, U., 2017. Directed evolution of polypropylene and polystyrene binding peptides. Biotechnol. Bioeng., 115, 321–330. *geteilte Erstautorenschaft

 
 

Elektronentransport in einem Rezeptorprotein für Licht, Sauerstoff und Spannung ohne photoaktives Cystein

Absorbiert das Flavin-Chromophor eines LOV-Photorezeptors (Light, Oxygen, Voltage – Licht, Sauerstoff und Spannung) blaues Licht, werden photochemische Reaktionen ausgelöst, die in der Bildung eines Flavin-Cystein-Adduktes im Rezeptor resultieren. Lange wurde angenommen, dass die Bildung dieses Adduktes essentiell für den photochemischen Signalweg ist. Jedoch zeigte sich vor kurzer Zeit, dass auch Photorezeptor-Varianten der LOV-Familie, die kein photoaktives Cystein beinhalten, eine funktionelle Antwort auf ein Lichtsignal geben können. Die Photoreduktion von Flavin zu einem neutralen Semichinonradikal ist somit ausreichend für eine effiziente Signaltransduktion. Bis heute ist jedoch der genaue Mechanismus des Elektronen- und Protonentransfers im Rezeptor ungeklärt.

In dieser gemeinschaftlichen Studie haben wir einen Protonentransfer in ein natürlicherweise nicht photoreduzierbares iLOV-Protein eingebracht. Eine einzelne Aminosäure-Substitution (Q489D) war schon ausreichend, um eine effiziente Photoreduktion unter aeroben Bedingungen zu ermöglichen. Dies lässt darauf schließen, dass ein Elektronentransfer-Signalweg in diesem Protein grundsätzlich inaktiv vorhanden ist. Wir haben die Transfermechanismen (Elektronen- und Protonentransfer) dieser Rezeptor-Variante mithilfe einer Kombination aus UV/Vis, transienter Abdorption, Elektronenspinresonanzspektroskopie und zielgerichteter Mutagenese untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass mehrere Tyrosin- und Tryptophan-Reste, die in allen LOV-Proteinen hochkonserviert sind, für den Elektronentransfer zur Flavin-Photoreduktion maßgeblich sind. Dies legt nahe, dass eine Basis zur Photoreduktion in allen LOV-Domänen grundsätzlich vorhanden ist, während ein effizienter Protonentransfer für die Stabilisierung des neutralen Semichinon-Radikals benötigt wird.

Kopka, B., Magerl, K., Savitsky, A., Davari, M. D., Röllen, K., Bocola, M., Dick, B., Schwaneberg, U., Jaeger, K.-E., Krauss, U., 2017. Electron transfer pathways in a light, oxygen, voltage LOV protein devoid of the photoactive cysteine. Sci. Rep. UK, 7, 1-16.

 
 

Engineering einer Candida parapsilosis Alkoholdehydrogenase für den Umsatz von Methyl-3-hydroxyalkancarbonsäuren

Engineering einer Candida parapsilosis Alkoholdehydrogenase Bio VI

Die Erweiterung des Substratspektrums eines Enzyms eröffnet neue Wege zur Synthese von Wertstoffen. Ketonfunktionalisierte Fettsäurederivate und ensprechende chirale Alkohole sind wertvolle Bausteine zur Synthese einer Vielzahl von Chemikalien einschließlich Pharmazeutika.

Der Wildtyp der Alkoholdehydrogenase aus Candida parapsilosis ist eine S-selektive Alkoholdehydrogenase, die 3-Hydroxy-Fettsäuremethylester größer als 3-Hydroxy-pentansäuremethylester nicht umsetzt. Daher werden 3-Hydroxy-hexansäuremethylester und (R)-3-Hydroxy-butansäuremethylester nicht als Substrat vom Wildtyp der Candida parapsilosis Alkoholdehydrogenase akzeptiert. Die Vergrößerung der Bindetasche des Wildtyp-Enzyms durch die Substitution von Tryptophan an Position 286 durch Alanin hat zu einer Änderung der Kettenlängenspezifität und der Oxidation von 3-Hydroxy-hexansäuremethylester zum entsprechenden Keton geführt. Eine zweite Variante mit Substitutionen an Position 119 und 286 zeigte invertierte Enantiopräferenz von 3-Hydroxy-butansäuremethylester vom S- zum R-Enantiomer.

Ensari*, Y., Dhoke*, G. V., Davari, M. D., Bocola, M., Ruff, A. J., Schwaneberg, U., 2017. Inversion of cpADH5 enantiopreference and altered chain length specificity for methyl 3‑hydroxyalkanoates. Chem. Eur. J., 23, 12636-12645. *geteilte Erstautorenschaft

 
 

Sortase-vermittelte Funktionalisierung von Mikrogelen mit Biomolekülen

Sortase-vermittelte Functionalisierung von Mikrogelen ACS Publications

Mikrogele sind kolloidale Makromolekül-Netzwerke, die in Wasser aufquellen und dabei stabile Dispersionen bilden. Sie sind hoch-porös, flexibel, deformierbar und können durch verschiedene Stimuli in wässriger Lösung beeinflusst werden. Aufgrund ihrer zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften hat sich in den letzten Jahren ein hohes Interesse an Mikrogelen in verschiedenen Forschungsgebieten, wie beispielsweise in der Biomedizin, entwickelt.

Für diese Publikation wurde eine Sortase-vermittelte Methode für eine chemoselektive und effiziente Dekoration von wässrigen Mikrogelen mit Biomolekülen entwickelt. Dazu wurden Poly(N-Vinylcaprolactam) (VCL)-Mikrogele zunächst mit unterschiedlichen Anteilen Glycidylmethacrylat (GMA) als integriertes Comonomer synthetisiert und bezüglich ihrer Größe, ihres Quellverhaltens und der Temperatursensitivität in wässrigen Lösungen untersucht. Als nächstes wurde die Oberfläche des PVCL/GMA-Mikrogels mit Sortase-spezifischen Peptidsequenzen (LPETG) versehen, die von der Sortase A erkannt werden. Die Sortase katalysiert daraufhin die Konjugation der LPETGs mit Oligoglycin-getaggtem eGFPs (enhanced Green Fluorescent Proteins) als einfach nachzuweisende Moleküle. Die Sortase-vermittelte Biokonjugation kann somit als einfache und effiziente Strategie für die gezielte Oberflächenfunktionalisierung von Mikrogelen mit Biomolekülen eingesetzt werden.

Gau*, E., Mate*, D. M., Zou, Z., Oppermann, A., Töpel, A., Jakob, F., Wöll, D., Schwaneberg**, U., Pich**, A., 2017. Sortase-mediated surface functionalization of stimuli-responsive microgels. Biomacromolecules, 18, 2789-2798. *geteilte Erstauthorenschaft **geteilte korrespondierende Autorenschaft

 
 

Die hohe Grenzflächenaktivität eines Transmembranproteins führt zu Mikrokompartimenten mit Nanometer-dünnen Wänden

Generierung von Mikrokompartimenten Royal Society of Chemistry

Protein-Polymer-Konjugate haben diverse Anwendungsmöglichkeiten in Arbeitsgebieten wie der Biotechnologie, Medizin und Nanotechnologie. Ein Beispiel für solche Konjugate stellt das Transmembranprotein ferric hydroxamate uptake protein component A, FhuA, dar. Eigenschaften, wie z.B. die hohe Grenzflächenaktivität dieser Konjugate, wurden zur Generierung von Pickering-Emulsionen verwendet. Diese Emulsionen wurden durch die Konjugat-Partikel anstelle von Tensidmolekülen stabilisiert. Die Pickerung-Emulsionen wurden erstmals mit einem Transmembranprotein, FhuA, welches in der äußeren Membran von Escherichia coli vorkommt, hergestellt. Stabile Mikrokompartimente dieser Pickering-Emulsionen wurden mit dem neu synthetisierten UV-verknüpfbaren Monomer 3,4-Dimethylmaleic-imidobutyl-acrylat, DMMIBA, quervernetzt. Mittels Raster-Kraftmikroskopie wurden die Mikrokompartimente charakterisiert und eine Membranschichtdicke von 11,1 ± 0,6 nm bestimmt. Sogar nach der Behandlung mit Ethanol wurde die Stabilität der Pickering-Emulsionen durch Fluoreszenzmikroskopie nachgewiesen. Solche Mikrokompartimente haben ein großes Anwendungspotential im Bereich der Drug-Delivery Systeme. Diese Kompartimente führen uns näher an Möglichkeiten heran Membranen aus Protein-Polymer-Konjugaten zu synthetisieren, in welchen die Eigenschaften der Membran gezielt durch Temperatur und pH Stimuli verändert werden können.

Charan, H., Glebe, U., Anand, D., Kinzel, J., Zhu, L., Bocola, M., Mirazaei Garakani, T., Schwaneberg, U., Böker, A., 2017. Nano-thin walled micro-compartments from transmembrane protein-polymer conjugates. Soft matter, 13, 2866-2875.

 
 

Wie effizient ist gelenkte Evolution darin eine Lipase in organischen Lösungsmitteln zu stabilisieren? Ein Vergleich zur natürlichen Vielfalt

Gelenkte Evolution einer Lipase in organischen Lösungsmitteln MDPI AG

Trotz deutlicher Fortschritte im Bereich des Protein Engineerings fehlt es uns immer noch an generellen Designregeln, um die Resistenz von Enzymen in der Gegenwart von organischen Lösungsmitteln zu verbessern. In früheren Studien wurde, basierend auf relativ wenigen Aminosäureaustauschen, Schlüsse gezogen, wie ein Enzym für den Einsatz in wasser-mischbaren organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden könnte. In der vorliegenden Studie wurde eine Bacillus subtilis Lipase A - BSLA - Bibliothek, welche die gesamte natürliche Vielfalt von einzelnen Aminosäureaustauschen an allen 181 Positionen von BSLA umfasst, mit drei modernen Zufallsmutagenesemethoden verglichen: error-prone PCR - epPCR - mit geringer und hoher Mutagenesefrequenz, sowie die Transversionen bevorzugende Sequence Saturation Mutagenesis - SeSaM-Tv P/P - Methode. Die Bibliotheken wurden nach Aminosäureaustauschen durchsucht, welche die Resistenz des Enzyms gegen die wassermischbaren organischen Lösungsmittel 1,4-Dioxan, 2,2,2-Trifluorethanol und Dimethylsulfoxid steigern. Unsere Analyse zeigte, dass obwohl eine signifikante Menge aller möglichen Austausche zu einer verbesserten Lösungsmittelresistenz beitragen, nur ein geringer Anteil dieser Austausche von den drei Zufallsmutagenesemethoden entdeckt wurden. Somit stellt dies die erste Studie dar, welche die Fähigkeiten dieser in Experimenten der Gelenkten Evolution häufig verwendeten Vielfaltsgenerierungsmethoden quantifiziert und mit der Gesamtvielfalt aller möglichen Einfachsubstitutionen vergleicht. Darüber hinaus deuten unsere Ergebnisse auf die Wichtigkeit von Ladungen auf der Proteinoberfläche für die Resistenz gegen organische Lösungsmittel hin.

Markel*, U., Zhu*, L., Frauenkron-Machedjou, V. J., Zhao, J., Bocola, M., Davari, M. D., Jaeger, K.-E., Schwaneberg, U., 2017. Are directed evolution approaches efficient in exploring nature’s potential to stabilize a lipase in organic cosolvents? Catalysts, 7, 142. *geteilte Erstautorenschaft

 
 

2-Methyl-2,4-pentanediol fördert als Detergenzersatz die Performance des ß-Fassstruktur-basierten Hybridkatalysatoren für die Phenylacetylen-Polymerisation

MPD als Detergenzersatz für Hybridkatalysatoren ACS Publications

Aufgrund ihres natürlichen Vorkommens in Lipiddoppelschichten haben Transmembranproteine einen hydrophoben Mittelteil. Daher ist die Verwendung von stabilisierenden Agenzien essentiell, um die hydrophoben Regionen abzuschirmen, um gereinigte Transmembranproteine in wässrigem Milieu einsetzen zu können. 2-Methyl-2,4-pentanediol -MPD- ist ein kleines Molekül, welches zur Stabilisierung von ferric hydroxamate uptake protein component A, FhuA, ein Transmembranprotein aus der äußeren Membran von Escherichia coli verwendet wurde. Das fassförmige Protein wurde zum Herbergen eines Rhodiumkatalysators benutzt und Polymerreaktion von Phenylacetylen als Konzeptnachweis erfolgreich durchgeführt. MPD formt im Gegensatz zu herkömmlich verwendeten Detergenzien wie Natriumdodecylsulfat oder Polyethylene-Polyethylenglycol keine Micellen, was zu einer erhöhten Polymerausbeute und Polymermasse führte. Computer-basierende Simulationen unterstützten erfolgreich die Eignung des amphiphilen MPD-Moleküls zur Stabilisierung des Transmembranproteins FhuA und ermöglichten die Funktionalität des Proteinkanals.

Kinzel*, J., Sauer*, D. F., Bocola, M., Arlt, M., Mirzaei Garakani, T., Thiel, A., Beckerle, K., Polen, T., Okuda, J., Schwaneberg, U. 2017. 2-Methyl-2,4-pentanediol (MPD) boosts as detergent-substitute the performance of ß-barrel hybrid catalyst for phenylacetylene polymerization. Beilstein J. Org. Chem., 13, 1498-1506. *geteilte Erstautorenschaft

 
 

Grüne und vielseitige Oberflächenfunktionalisierung von Polypropylen durch Anker-Peptide

Ankerpeptide Bio VI

Polypropylen ist ein weit verbreitetes thermoplastisches Polymer, welches beispielsweise in der Medizintechnik, in Textilien oder Verpackungen eingesetzt wird. Funktionalisierung der Polypropylenoberfläche erhöht die Benetzbarkeit, verstärkt Adhäsion, oder verbessert die Färbbarkeit des Materials. Allerdings ist die Funktionalisierung von Polypropylene aufgrund fehlender funktionaler Oberflächengruppen anspruchsvoll. Die Funktionalisierung mithilfe von Peptiden, die von der Natur an Oberflächeninteraktion angepasst wurden, kann eine attraktive Alternative zu den konventionell genutzten Verfahren sein.

Polypropylene-Anker Peptide wurden identifiziert, charakterisiert und erfolgreich für die Funktionalisierung von Polypropylene Oberflächen genutzt. Das identifizierte Ankerpeptid LCI bindet an Polypropylene bei Raumtemperatur in wässriger Umgebung und zeigte zudem Stabilität gegenüber Waschen mit Detergenzien. Die hier präsentierte Anker-Peptid-Toolbox ermöglicht einfache und grüne Funktionalisierung von auf Polypropylene basierenden Materialien.

Rübsam, K., Stomps, B., Böker, A., Jakob, F., Schwaneberg, U., 2017. Anchor peptides: A green and versatile method for polypropylene functionalization. Polymer, 116, 124-132.