Sie mischen in der Forschung auf dem Gebiet der Biokatalyse international ganz vorne mit: Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Kroutil und sein Team am Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz haben durch das Design künstlicher Stoffwechselwege – im Fachjargon „Bio-Kaskaden“ genannt – gezeigt, dass mit Hilfe von Enzymen in nur einem Arbeitsschritt bisher unmögliche chemische Reaktionen durchgeführt werden können. Auf dieser Basis entwickelten die WissenschafterInnen unter anderem neuartige Bausteine für Kunststoffe und Pharmazeutika. Die Technik ist nicht nur effizienter, sondern auch umweltfreundlicher und kostensparender als herkömmliche Methoden.
Aufgrund ihrer viel beachteten Arbeiten wurden die Grazer WissenschafterInnen vom renommierten Fachjournal „Chemical Reviews“ eingeladen, einen Überblicksartikel zu den Forschungen auf dem Gebiet der Kaskaden in der Biokatalyse der letzten zehn Jahre zu verfassen. Da sich dieses Feld rasant entwickelt, wodurch es in der Verwendung von Begriffen zu Unklarheiten kommt, nutzte Wolfgang Kroutil die Gelegenheit auch, um die Bezeichnungen zu strukturieren.
Der Beitrag „Artificial Biocatalytic Linear Cascades for Preparation of Organic Molecules“ ist am 8. Mai 2017 auf der Webseite von Chemical Reviews erschienen.
In der Biokatalyse werden mit Hilfe verschiedenster Enzyme aus der Natur chemische Produktionsprozesse vereinfacht und umweltschonender gestaltet. „Bei Kaskaden arbeiten mehrere Enzyme gleichzeitig in einem System und führen einen mehrstufigen Arbeitsprozess durch. Das heißt, das Produkt des einen Enzyms wird von einem anderen als Startmaterial eingesetzt, wie am Fließband. Das macht den Prozess höchst effizient, kosten- und zeitsparend“, erklärt Kroutil. Darüber hinaus ist die Technologie auch umweltfreundlich, weil für die Synthese weniger Chemikalien benötigt werden und die Menge an Abfall reduziert wird“, so der Forscher.
Die Entwicklung eines nachhaltigen Verfahrens zur Herstellung von Polymerbausteinen für Spezialkunststoffe mit Zucker und Fettsäuren als Ausgangsmaterial ist nur einer der Erfolge der Grazer WissenschafterInnen. In Kooperation mit einem österreichischen Unternehmen wurden effizientere Methoden für die Erzeugung von Medikamenten entwickelt. Diese betreffen etwa Elvitegravir, das bei HIV zum Einsatz kommt, und Silodosin zur Therapie von Störungen beim Harnlassen durch Prostata-Vergrößerung. Weitere Beispiele sind Ramatroban für die Behandlung von koronarer Herzkrankheit und Asthma sowie Rivastigmin gegen Alzheimer.
Im Bereich des Pflanzenschutzes haben die ChemikerInnen die bislang effizienteste Methode zur Herstellung eines natürlichen Antifraßmittels für Fichtenkäfer gefunden. Als Vorbild diente ein Wirkstoff aus Pinien.
Für seine innovativen, wegweisenden Arbeiten erhielt Kroutil, der auch am ACIB – Austrian Centre for Industrial Biotechnology – in Graz forscht, 2015 den renommierten Biotrans Award.