Präparative Herstellung funktionalisierter (N- und O-heterozyklischer) polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe in einem Bioreaktor durch das humane Cytochrom P450-Enzym 3A4

02.02.2022
 

Wir gratulieren Matic Srdič zu seiner aktuellen Publikation!

Die Integration der Biokatalyse in die chemische Synthese ist ein aufkommender Trend, der in einer Vielzahl von industriellen Prozessen zunehmend Anwendung findet. In der neuen Veröffentlichung von Matic wurde der Substratbereich der humanen P450-Monooxygenase CYP3A4 auf mehrere (O/N)-polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) getestet und ein Biokatalyse-Experiment in einem 10-Liter-Bioreaktor durchgeführt. Die Untersuchung zeigte das Potenzial von CYP3A4 für die Produktion von PAK-Metaboliten im präparativen Maßstab. PAK sind einerseits gefährliche Umweltschadstoffe, andererseits aber auch wichtige Strukturmotive für eine Vielzahl nützlicher Verbindungen. Die Funktionalisierung dieser Verbindungen kann über eine späte C-H-Aktivierung durch Cytochrom-P450-Enzyme auf umweltfreundliche Weise erreicht werden. Das Enzym wurde in der Hefe Komagataella phaffii (Pichia pastoris) exprimiert und diese als Ganzzell-Biokatalysator eingesetzt. Mehrere PAHs, hydroxylierte PAHs sowie N-PAHs wurden als Substrate akzeptiert, während keines der O-PAHs umgesetzt wurde. Das Scale-up wurde unter Verwendung von Fluoren als Modellsubstrat in einem 10-Liter-Stahlmantel-Bioreaktor mit 6-Liter-Reaktionsvolumen und gewöhnlichem Basalsalzmediums durchgeführt. Die finale Ausbeute lag bei ~60 % für die kombinierten Produkte, wobei ~290 mg der Produkte aus etwa ~500 mg Substrat gebildet wurden. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass CYP3A4 ein ausgezeichneter Biokatalysator für die Produktion authentischer menschlicher Metabolite oder anderer wertvoller pharmazeutischer Verbindungen sein kann.

Diese Arbeit wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union, OXYtrain MSCA-ITN, unter dem Förderkennzeichen Nr. 722390 gefördert.

Zugang zu der Publikation finden Sie unter Publikationen und Patente und unter

Srdič, M., Fessner, N., Yildiz, D., Glieder, A., Spiertz, M., and Schwaneberg, U. (2022), Preparative Production of Functionalized (N- and O-Heterocyclic) Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by Human Cytochrome P450 3A4 in a Bioreactor. Biomol., Published manuscript. https://doi.org/10.3390/biom12020153

  Überblick über die CYP3A4-Biokatalysestrategie im Bioreaktor. © Bio VI Überblick über die CYP3A4-Biokatalysestrategie im Bioreaktor.