Dr. Wolfgang H. Schwarz
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30.11.2009

Der Nanopartikel-Enzym-Komplex wies eine erhöhte hydrolytische Aktivität auf kristalliner Cellulose im Vergleich zu den ungebundenen Enzymen auf. Weitere cellulosomale Komponenten, die im Organismus für den Abbau von Cellulose wichtig sind, wurden kloniert, dem Enzym-Cocktail der Mutante zugefügt und in den Komplex eingebaut. Durch diese Zugabe konnte eine wesentliche Steigerung der Aktivität erzielt werden. Zusätzlich wurde eine thermostabile ?-Glucosidase von Thermotoga neapolitana mit einem BindungsModul fusioniert und ebenfalls in den Nanopartikel-Komplex integriert. Auf diesem Weg konnte die durch das Endprodukt Cellobiose bedingte Produkthemmung eliminiert werden. Außerdem lieferte nun der Abbau der kristallinen Cellulose anstelle des Disaccharids Cellobiose überwiegend das fermentierbare Monosaccharid Glucose. Eine Kombination aus Mutanten-Enzymen, rekombinanten Komponenten und der ?-Glucosidase zusammen mit einem Komplex-integrierenden-Protein erreichte mindestens den Abbaulevel eines nativen Cellulosoms aus Clostridium thermocellum.

Der Cellulosom genannte Enzymkomplex von Clostridium thermocellum wird synthetisch als Nanopartikel nachgeahmt. Die im Bakterium verwendeten Cellulasen werden mit Linkern unterschiedlicher Länge und Flexibilität auf der Oberfläche von Nanopartikeln verankert, deren Struktur, Größe, am besten geeignete Stoichiometrie und Applikation auf Holzfaser-Fraktionen optimiert werden. Die Kinetik der Cellulose-Hydrolyse als Bildung von Oligodextrinen und Glucose, sowie die Abnahme der Kristallinität und des Polymerisationsgrades werden gemessen. Ziel ist eine Beschleunigung der Reaktionskinetik an kristalliner Cellulose, sowie eine höhere Abbaurate. Die optimierte Nanopartikeltechnologie wird auch auf enzymatische Komplexe für den Abbau der Hemicellulosefraktion übertragen. Arbeitspakete sind: Definition der Partikeltechnologie; Klonierung der Komponenten mit Leadern; Synergismus im löslichen System; Assembly der Nanopartikel; Definition eines Basiskomplexes; Optimierung des Basiskomplexes für Cellulose und später für Hemicellulose.