Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Enzym-Google“ deckt verborgene Möglichkeiten der Natur auf

23.06.2014

Forscher des Austrian Centre of Industrial Biotechnology und der Karl-Franzens-Universität Graz entwickeln eine Suchmaschine samt Datenbank, die bei der Suche nach neuen Enzymfunktionen Maßstäbe setzt. Dieses „Catalophor-System“ wurde zum Patent angemeldet und eben in Nature Communications veröffentlicht.

Enzyme gewinnen als umweltfreundliche, wichtige Bestandteile industrieller Verfahren der pharmazeutischen und chemischen Industrie immer mehr Bedeutung. Als hoch präzise Miniaturwerkzeuge aus der Natur können sie bestimmte Aufgaben perfekt lösen.


Das Catalophor-System: Enzymsuche am Computer

acib

Die Suche nach industriell benötigten Enzymfunktionen war bisher extrem aufwändig und mit Einschränkungen versehen. Dank eines Projektes des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) und der Universität Graz ist das nun anders. Die Strukturbiologie-Arbeitsgruppe um Prof. Karl Gruber hat das „Catalophor-System“ entwickelt – eine Kombination aus Datenbank und Suchmaschine – das gesuchte Enzymfunktionen aus zehntausenden Strukturdaten herausfiltert und Fähigkeiten aufspüren kann, die noch gar nicht entdeckt wurden.

Die Vorgehensweise ähnelt einer Google-Suche, wie sie jeder immer wieder macht, wenn auch die Eingabe der Daten etwas aufwändiger ist. Am Anfang steht die Fragestellung nach einer gesuchten Enzymfunktion. „Wir konzentrieren uns auf das aktive Zentrum dieses Enzyms und schreiben ein Programm, in dem Positionen und Abstände von den wichtigsten Aminosäuren ebenso vorgegeben werden wie wichtige Strukturmerkmale in der Umgebung des aktiven Zentrums“, erklärt acib-Forscher Christian Gruber.

Auf Basis dieses Skripts durchforstet das Catalophor-System rund 100.000 Datenbankeinträge nach Ähnlichkeiten und wirft eine Liste möglicher Kandidaten aus, die die Forscher auf Basis ihres enzymologischen Wissens verifizieren. Im nächsten Schritt werden die vielversprechendsten Kandidaten biotechnologisch hergestellt und im Labor experimentell geprüft. Die Vorarbeit am Computer erspart dabei unzählige Experimente und Screenings nach Enzymfunktionalitäten.

Die Suche stellt enorme Anforderungen an die Rechnerleistung, sind doch Enzymstrukturen hoch komplex. Für die Berechnungen haben die Forscher einen Computer-Cluster mit mehr als 400 Prozessorkernen aufgebaut. Dieser enthält auch die Datenbank, die laufend erweitert wird. „Pro Woche kommen rund 150 neue Strukturen hinzu“, so Georg Steinkellner vom acib, „unser System erweitert sich selbstständig und durchsucht öffentlich zugängliche Datenbanken nach neuen Enzymstrukturen.

Außerdem entwickeln wir das gesamte System weiter, um noch komplexere Suchanfragen beantworten zu können“. Das Verfahren vereint eine bioinformatische Leistung – das Schaffen der Datenbank samt Suchmaschine – mit einer wissenschaftlichen – nämlich die Suchanfrage aus dem komplizierten Reaktionsmechanismus von Enzymen abzuleiten.

Hoher praktischer Wert

Das Catalophor-System hat einen hohen praktischen Nutzen für Wissenschaft und Industrie. „Wir können damit zum Beispiel auf Basis der Proteinstruktur neue Reaktionsmöglichkeiten in Enzymen entdecken, die bisher noch nicht beschrieben wurden und die in der chemischen Industrie neue Reaktionswege möglich machen“, sagt Prof. Karl Gruber vom Institut für molekulare Biowissenschaften. Die Chance, herkömmliche industrielle Syntheseverfahren durch umweltfreundliche, enzymatische Methoden zu ersetzen, steigt.

Christian Gruber ergänzt, dass gerade chirale Moleküle besonders wichtig für die chemische Industrie sind. Diese kommen in zwei extrem ähnlichen Formen vor – als Bild und als Spiegelbild. Beide wirken biologisch meistens extrem unterschiedlich. Das Catalophor-System kann sowohl neue Enzyme aufspüren, die beide Varianten in ihrer reinen Form zugänglich machen, als auch Alternativen zu patentierten Enzymen anbieten.

Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet und eben in Nature Communications publiziert: www.nature.com/ncomms/2014/140623/ncomms5150/full/ncomms5150.html

Weitere Informationen:

http://www.acib.at

Thomas Stanzer | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt
18.06.2018 | Universität Bern

nachricht Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen
18.06.2018 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Im Fußballfieber: Rittal Cup verspricht Spannung und Spaß

18.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics