Multi-Enzymsynthesen in einem Reaktor: Neue Strategien über ganze Zellen und isolierte Enzyme hinaus

Kathrin Castiglione, Habilitation Technische Universität München, 2019

Die Kombination mehrerer Enzyme in einem Ansatz kann zu sehr effizienten biotechnologischen Produktionsprozessen führen. Aufgrund der inhärenten Komplexität solcher Kaskadenreaktionen ist ihre Implementierung jedoch nicht trivial. Je größer das Reaktionsnetzwerk ist, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von Inkompatibilitäten zwischen einzelnen Teilschritten oder von unerwünschten Nebenreaktionen. In dieser Habilitationsschrift werden zwei neue Plattformtechnologien vorgestellt, mit denen solche Hürden bei der Realisierung von Eintopf-Multienzymsynthesen überwunden werden können. Bakterielle Zellhüllen sind eine Alternative zu ganzen Zellen falls Stofftransportlimitierungen durch die Zellwand oder Nebenreaktionen durch Wirtszellenzyme hervorgerufen werden. Enzymmembranreaktoren im Nanomaßstab tragen hingegen dazu bei, Synthesen mit isolierten Enzymen trotz inkompatibler Reaktionsschritte zu ermöglichen.

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Publikationen

  • Schubeis T, Schwarzer TS, Le Marchand T, Stanek J, Tekwani Movellan K, Castiglione K, Pintacuda G, Andreas LB (2020): Resonance assignment of the outer membrane protein AlkL in lipid bilayers by proton-detected solid-state NMR. Biomol NMR Assign 14, 295–300.
  • Schubeis T, Le Marchand T, Daday C, Kopec W, Tekwani Movellan K, Stanek J, Schwarzer TS, Castiglione K, de Groot BL, Pintacuda G, Andreas LB (2020): A β-barrel for oil transport through lipid membranes: Dynamic NMR structures of AlkL. Proc Nat Acad Sci 117: 21014-21021.
  • Schwarzer TS, Klermund L, Wang G, Castiglione K (2018): Membrane functionalization of polymersomes: alleviating mass transport limitations by integrating multiple selective membrane transporters for the diffusion of chemically diverse molecules. Nanotechnology 29: 44LT01
  • Poschenrieder ST, Schiebel SK, Castiglione K (2018): Stability of polymersomes with focus on their use as nanoreactors. Eng Life Sci 18: 101-113
  • Poschenrieder ST, Hanzlik M, Castiglione K (2018): Polymersome formation mechanism and formation rate in stirred-tank reactors. J Appl Polym Sci 135: 46077
  • Poschenrieder ST, Klermund L, Langer B, Castiglione K (2017): Determination of permeability coefficients of polymersomal membranes for hydrophilic molecules. Langmuir 33: 6011-6020
  • Klermund L, Poschenrieder TS, Castiglione K (2017): Biocatalysis in polymersomes: Improving multienzyme cascades with incompatible reaction steps by compartmentalization. ACS Catal 7: 3900-3904
  • Schwarzer TS, Hermann M, Krishnan S, Simmel FC, Castiglione K (2017): Preparative refolding of small monomeric outer membrane proteins. Prot Expres Purif 132: 171-181
  • Castiglione K, Fu Y, Polte I, Leupold S, Meo A, Weuster-Botz D (2017): Asymmetric whole-cell bioreduction of (R)-carvone by recombinant Escherichia coli with in situ substrate supply and product removal. Biochem Eng J 117: 102-111
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  • Klermund L, Poschenrieder ST, Castiglione K (2016): Simple surface functionalization of polymersomes using non-antibacterial peptide anchors. J Nanobiotechnol 14:48
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  • Poschenrieder ST, Wagner S, Castiglione K (2016): Efficient production of uniform nanometer-sized polymer vesicles in stirred-tank reactors. J Appl Polym Sci 133: 43274
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  • Klermund L, Riederer A, Groher A, Castiglione K (2015): High-level soluble expression of a bacterial N-acyl-D-glucosamine 2-epimerase in recombinant Escherichia coli. Protein Expr Purif 111: 36-41
  • Sührer I, Haslbeck M, Castiglione K (2014): Asymmetric synthesis of a fluoxetine precursor with an artificial fusion protein of a ketoreductase and a formate dehydrogenase. Proc Biochem 49: 1527-1532
  • Klermund L, Groher A, Castiglione K (2013): New N-acyl-D-glucosamine 2-epimerases from cyanobacteria with high activity in the absence of ATP and low inhibition by pyruvate. J Biotechnol 168: 256-263
  • Fu Y, Castiglione K, Weuster-Botz D (2013): Comparative characterization of novel ene-reductases from cyanobacteria. Biotechnol Bioeng 110: 1293-1301
  • Hölsch K, Sührer I, Heusel M, Weuster-Botz D (2013): Engineering of formate dehydrogenase: Synergistic effect of mutations affecting cofactor specificity and chemical stability. Appl Microbiol Biotechnol 97: 2473-2481