Chirale Membranen

 

Basistechnologien für die nächste Generation biotechnologischer Verfahren

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In der Natur werden Ionen und chirale Verbindungen selektiv über Kanalproteinen durch biologische Membranen transportiert. Chirale Verbindungen sind Moleküle, die über die gleiche Größe, Form und Ladung verfügen und sich nur strukturell in der Orientierung von mindestens einem Molekülrest unterscheiden. Ziel des Tandemprojektes „Chirale Membranen“ der AG Schwaneberg an der RWTH Aachen und der AG Böker am IAP Fraunhofer Potsdam ist es, Membranen aus Proteinbausteinen zu synthetisieren, um eine chirale Trennung von Enantiomer -Gemischen zu erzielen. Damit sollen neuartige biotechnologische Verfahren in der Stofftrennung und Stoffaufarbeitung ermöglicht werden.

Als biologische Komponente werden in zwei parallelen Strategien Varianten des Eisentransporters „ ferric hydroxamate uptake protein component A“ - FhuA - hergestellt. FhuA ist ein Transmembranprotein in einer β‑Fassstruktur, aus der äußeren Membran von Escherichia coli . Der Unterschied in beiden Strategien ist die Verwendung des FhuA-Kanalproteins mit entweder einem „geschlossenen“ Kanal bzw. einem „offenen“ Kanal. In beiden Strategien wird das Ziel verfolgt, das Innere des Kanals so zu gestalten, dass eine chirale Trennung von zwei Enantiomeren ermöglicht wird. Das Proteinengineering innerhalb des FhuA-Kanals wird am Beispiel von enantiomeren Aminosäuren eingesetzt. Ein weiteres Ziel des Tandemprojektes ist das Engineering der äußeren Oberfläche des FhuA-Kanals, um eine effiziente Konjugation von Polymerketten zu ermöglichen. Ausgehend von Lysinresten , die explizit in einer Ebene an der äußeren FhuA-Kanaloberfläche oberhalb der hydrophoben Transmembranregion des Proteins angeordnet sind, sollen die Polymerketten ausgehend vom FhuA-Proteinkanal wachsen. Die hergestellten FhuA-Polymer-Konjugate dienen anschließend zur Synthese von FhuA-Polymer-Membranen. Nach Kombination beider Ansätze des Protein-Engineerings - innen und außen - wird die Fähigkeit zur Trennung von enantiomeren Aminosäure-Gemischen der generierten FhuA-Polymer-Membranen bestimmt.