Revolutionaire enzymontdekking in Greifswald: water als geheim!

Revolutionaire enzymontdekking in Greifswald: water als geheim!

Onderzoekers van de Universiteit van Greifswald hebben onlangs baanbrekende ontdekkingen gedaan op het gebied van enzymonderzoek. Deze nieuwe inzichten in de structuur en functie van enzymen die betrokken zijn bij de omzetting van suikermoleculen kunnen verreikende toepassingen hebben in de voedselverwerking en de productie van biobrandstoffen. De resultaten zijn op 31 juli 2025 gepubliceerd in het gerenommeerde vaktijdschrift Natuurcommunicatie gepubliceerd.

Het centrale onderdeel van deze studie is de ontdekking van een nauwkeurig geïntegreerd watermolecuul dat de functie in het actieve centrum van koolhydraatesterasen overneemt in plaats van een aminozuur. Deze enzymen, die tot de hydrolasefamilie behoren, zijn verantwoordelijk voor de splitsing en vorming van esterbindingen. Hun belang op de industriële enzymenmarkt is enorm, omdat ze op grote schaal worden gebruikt in sectoren als de mijnbouw van biomassa, de voedsel- en diervoederindustrie, de agrochemische productie en bioremediatie.

De watergemedieerde katalytische triade

De studie richtte zich in het bijzonder op twee vertegenwoordigers van de CE20-enzymfamilie, Fl8CE20_II en PpCE20_II. Deze enzymen werden in hun volledige structuur gedecodeerd met behulp van röntgenkristallografie, uitgevoerd door een door DFG gefinancierde onderzoeksgroep. De verrassende resultaten leidden ertoe dat de structuur een ‘watergemedieerde katalytische triade’ werd genoemd.

Een cruciale bevinding was dat het watermolecuul een centrale rol speelt in de activiteit van de enzymen. Om de invloed op de coördinatie van het watermolecuul te testen, werden verschillende mutanten van het enzym onderzocht. De resultaten vergroten het begrip van enzymmechanismen aanzienlijk en openen nieuwe perspectieven voor de biotechnologische toepassing van deze kennis.

Industriële toepassingen en toekomstperspectieven

Opmerkelijk zijn de uitgebreide mogelijkheden voor industriële toepassingen van esters. Esterasen zijn veelgevraagd in onder meer de voedingsmiddelenindustrie, de textielindustrie en bij de productie van biosensoren. Er is ook een toenemende vraag naar extremofiele esterasen die onder extreme omstandigheden kunnen worden gebruikt, wat hun belang voor milieuvriendelijke en duurzame chemie onderstreept. Er worden ook innovatieve methoden ontwikkeld voor het extraheren en gebruiken van deze enzymen.

Daarnaast is Fraunhofer IGB actief in de productie en optimalisatie van enzymen. Niet alleen hydrolytische enzymen zoals lipasen en proteasen, maar ook oxidoreductasen worden onderzocht. De focus op biotechnologische processen maakt recombinante productie van deze enzymen mogelijk, waardoor hun beschikbaarheid voor industrieel gebruik toeneemt.

Een voorbeeld van dergelijke toepassingen zijn lipasen, die ongeveer 5% van de mondiale enzymenmarkt vertegenwoordigen en in tal van processen worden gebruikt, zoals de hydrolyse van triglyceriden. Proteasen zijn ook belangrijk: ze vormen ongeveer 60% van alle commerciële enzymen of speciale enzymen voor de raffinage van plantaardige oliën.

De nieuwste ontdekkingen van de Universiteit van Greifswald ondersteunen niet alleen fundamenteel onderzoek, maar hebben ook praktische relevantie voor duurzame ontwikkeling in de chemie. De bevindingen bieden uitgangspunten voor verder onderzoek in de biotechnologie en kunnen leiden tot aanzienlijke vooruitgang in de industrie.
De contactpersonen voor dit onderzoek zijn prof. Uwe Bornscheuer en prof. Michael Lammers van het Instituut voor Biochemie van de Universiteit van Greifswald.