Die Katalysatoren des Lebens

Enzymforschung

Sie halten Menschen, Tiere und Pflanzen am Leben: Als Biokatalysatoren spielen Enzyme eine zentrale Rolle in jeder Zelle. Und genau das macht sie so interessant für ein interdisziplinäres Team der Bayer-Unternehmensbereiche, das Biokatalysatoren sucht – und findet

„Als wir angefangen haben“, erinnert sich Dr. André Pütz, „haben wir regelrecht auf Anfragen gewartet.“ Zwar waren die Vorteile beim Einsatz von Enzymen bekannt, doch es fehlte an zentralen Ansprechpartnern, die mit Rat und Tat zur Verfügung standen. Das änderte sich mit der Nimbus- „Biotransformations-Plattform“. „Als die ersten Anrufe kamen, da haben wir innerlich gejubelt. Nach dem Motto: Jetzt können wir zeigen, dass es funktioniert!“ Die Anfragen häuften sich im Verlauf des Projekts, und die Anforderungen stiegen. „Mittlerweile müssen wir schon sehr auf die Rangfolge achten, weil wir mehr Anfragen haben, als wir gleichzeitig bearbeiten können.“

Die Nachfrage nach den Leistungen der „BiotransformationsPlattform“ hat einen guten Grund: Das Projektteam arbeitet außerordentlich erfolgreich. So wurde die Zusammenarbeit der Kollegen über die Unternehmensbereiche hinweg durch Nimbus erheblich vereinfacht und dementsprechend intensiviert. Die Folge: Anfragen können schnell und unkompliziert bearbeitet werden. Und in fast 80 Prozent der Fälle findet das Team ein Enzym, das die gewünschte Reaktion katalysiert. Obendrein weiß Pütz, der bei Bayer Technology Services den Bereich Biochemistry & Biocatalysis leitet: „Inzwischen sind wir ziemlich schnell.“ Und genau darauf kommt es dem Team auch an: „Durch uns können die Kollegen Zeit sparen – und damit natürlich auch Geld.“

Dr. André Pütz
Die gemeinsame Aufgabe von Dr. André Pütz und seinen Kollegen lautet: neue Biokatalysatoren finden, isolieren und charakterisieren. Der Erfolg kann sich sehen lassen. In fast 80 Prozent aller Anfragen findet das Team ein Enzym, das die gewünschte Reaktion katalysiert

Diese Kollegen sitzen bei Pharmaceuticals und Crop Science und sind ständig auf der Suche nach neuen chemischen Verbindungen für immer neue Einsatzmöglichkeiten. Das gilt für die Entwicklung von neuen Wirkstoffen für Medikamente für Mensch und Tier ebenso wie von Wirkstoffen für den Pflanzenschutz. Die Moleküle, mit denen sich die Forscher dabei befassen, werden jedoch immer komplexer. Und damit steigen auch die Anforderungen an die Katalysatoren. Genau hier können Enzyme eine entscheidende Rolle als Reaktionshelfer spielen.

Dies hängt oft mit dem sogenannten Stereozentrum zusammen. Das findet sich praktisch in jedem neuen Wirkstoff – manchmal gleich mehrfach. Liegt ein Stereozentrum vor, sind die Moleküle der Substanz zwar gleich aufgebaut – sie verhalten sich jedoch spiegelbildlich zueinander. Das heißt, sie lassen sich nicht zur Deckung bringen. Im Grunde, sagt Pütz, könne man sich die beiden Teile so vorstellen wie zwei Hände: auf den ersten Blick gleich, aber eben nicht deckungsgleich.

Die besondere Herausforderung daran ist, dass beide Moleküle eine unterschiedliche Wirkung haben können.

Deshalb ist es etwa bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe unbedingt notwendig, dass nur eines der sogenannten Enantiomere hergestellt wird. Das jeweils andere muss frühestmöglich abgetrennt werden. „Und genau da“, freut sich Pütz, „kommen die Enzyme ins Spiel.“

Biokatalysatoren in der Brauerei
Biokatalysatoren in der Brauerei: Im gekeimten Malz entstehen Enzyme, die beim Brauen die im Getreidekorn enthaltene Stärke zu Malzzucker umwandeln. Malz ist verantwortlich für die Geschmacksfülle und die Farbe des Bieres

Diese biologischen Katalysatoren können nämlich zwischen linker und rechter Hand unterscheiden. Wenn man also nur eine von beiden Händen verändern will, können Enzyme diese Arbeit sehr exakt verrichten.„Wir machen natürlich nichts, was unsere Kollegen aus der Chemie gut können“, erläutert Pütz. Bei besonders komplexen Molekülen, beispielsweise in der Hormonsynthese, ist ein Einsatz von Biokatalysatoren aber unabdingbar. „Da gibt es viele Reaktionen, die kriegt man nur über die Biokatalyse hin.“

Aber wie lassen sich die Enzyme identifizieren, die für eine chemische Synthese überhaupt infrage kommen? Um das zu beantworten und um Biokatalysatoren im gesamten Bayer-Konzern nutzen zu können, arbeitet ein interdisziplinäres Team am Aufbau einer Enzymsammlung. Dies geschieht seit 2013 im Rahmen der unternehmensbereichsübergreifenden Nimbus-Initiative „Biotransformations-Plattform“. Dadurch kennen die Spezialisten von Bayer Technology Services die unterschiedlichsten Anforderungen sehr genau. Dabei haben sie stets das Ziel vor Augen, dass Enzyme als Standardwerkzeug für chemische Synthesen eingesetzt werden. Und gemeinsam mit ihren Kollegen konnten sie schon zahlreiche Erfolge verbuchen.

Das bestätigt auch Dr. Daniel Götz, der im Bereich Pharmaceuticals in der Wirkstoffentwicklung tätig ist. Er konnte beim Einsatz von Enzymen in seinem Projekt von den Erfahrungen des Projektteams profitieren. Konkret wurde ein rein chemischer Syntheseschritt durch einen enzymatischen ersetzt. Die Folge: Die gewünschte Reaktion lief deutlich spezifischer und mit einer größeren Ausbeute ab. Freut sich Götz: „Die Kollegen von Bayer Technology Services haben entscheidend zum Erfolg beigetragen.“ Von der Identifikation des geeigneten Enzyms bis zur Umsetzung im 400-Liter-Maßstab: „Am Ende hat alles gepasst. Und das trotz zeitlicher Herausforderungen.“

„Die Plattform ,Biotransformation‘ ist ein großartiges Beispiel, wie Synergien im Bereich Lebenswissenschaften R&D und die Innovationskultur fördern“

Kemal Malik

Innovationsvorstand der Bayer AG

Es sind gerade diese Erfolge, auf die das gesamte Team stolz ist. Hinzu kommt: Die gesteckten Ziele wurden allesamt erreicht, manche sogar übererfüllt. Als wesentlichen Erfolgsfaktor sieht Pütz dabei die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit aller Beteiligten an. So kommt denn auch Dr. Olaf Queckenberg, Leiter Global Chemical & Pharmaceutical Development bei Pharmaceuticals, zu dem Schluss: „Die Experten von Bayer Technology Services bündeln die Expertise und die vorhandenen Enzymbibliotheken – über die Grenzen der Unternehmensbereiche hinweg. Darin liegt der Wertbeitrag.“

Dass solche Ergebnisse die Folge harter Arbeit sind, versteht sich da fast von selbst. Aber mindestens genauso wichtig ist Pütz der Spaß an der Sache: „Das ist für mich ein großer Teil meiner Motivation.“ Und es fällt auf, dass dieser Aspekt auch von den übrigen Biokatalyse-Experten in den Unternehmensbereichen immer wieder betont wird. Um einen regelmäßigen Austausch zu gewährleisten, haben sich die Fachleute in einer Community zusammengefunden: vor allem Chemiker, Biochemiker, Biologen, Biotechnologen, Molekularbiologen und Bioverfahrenstechniker, die an sieben unterschiedlichen Bayer-Standorten tätig sind. 

Forschungserfolge durch Nimbus

Wissenschaft lebt vom Erfahrungsaustausch. Und wenn es um die Gesundheit von Mensch, Tier und Pflanze geht, bietet sich dafür genügend Anlass. Auf diese Schnittstellen konzentriert sich der Bayer-Konzern mittlerweile verstärkt – und hat dazu bereits 2012 die Nimbus-Initiative ins Leben gerufen.

Das Unternehmen stellt dazu 30 Millionen Euro für neue Forschungsprojekte bereit, um die Lebenswissenschaften noch enger zu verzahnen. Die Forscher arbeiten beispielsweise an Themen wie Epigenetik, Hochdurchsatz-Screening zur Wirkstofffindung oder Biotransformationen. Ihr Ziel: das erarbeitete Wissen noch intensiver auszutauschen und die Qualität der Forschung weiter zu verbessern.

Sie treffen sich zweimal im Jahr und diskutieren den aktuellen Stand ihrer Arbeiten. Pütz ist davon überzeugt, dass diese Community ein wichtiger Erfolgsfaktor ist. „Uns treibt ein gemeinsames Ziel, das verbindet.“ Und so locker, wie man persönlich miteinander umgehe, so ernsthaft sei man in der Sache. „Bisher haben wir bei jedem Meeting neue Ideen und Anwendungsfelder identifiziert“, freut er sich. „Und gemeinsam suchen und finden wir die richtigen Lösungen.“

Vielleicht sei gerade diese starke Interaktion das Geheimnis des Erfolgs, sagt Pütz. Und fügt schnell noch hinzu: „Und natürlich der große Wunsch, dass es auch wirklich gelingt.“ Es sei doch „ungeheuer befriedigend, gemeinsam mit Kollegen anwendbare Lösungen zu erarbeiten und zu zeigen: Es geht also doch!“

0 Kommentare
Kommentieren
0 Kommentare
Die mit (*) gekennzeichneten Felder sind Pflichtfelder.
24
Ihre Meinung? Jetzt kommentieren