Mit Zucker Naturstoffe besser nutzbar machen

Johannes Nolte, Promovend Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften  (Bild: Thile Schmülgen/TH Köln)

Johannes Nolte forscht in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ulrich Schörken im Bereich der „Industriellen Biotechnologie“. In seiner kooperativen Promotion mit der Universität zu Köln arbeitet er an der Identifizierung neuer Enzyme zum Einsatz als Biokatalysatoren in der chemischen Synthese.

Sein Projekt ist Teil des interdisziplinären FH-Strukturprojektes „Neue Wirkstoffe aus dem Meer“, das gemeinsam von Prof. Dr. Nicole Teusch, Prof. Dr. Matthias Hochgürtel und Prof. Dr. Ulrich Schörken initiiert wurde.

Was erforschen Sie in Ihrer Doktorarbeit?
Johannes Nolte:
In meiner Promotion identifiziere ich neue Biokatalysatoren aus Mikroorganismen zur Glykosylierung von Naturstoffen. Ich konnte bereits mehrere sehr effiziente Enzyme aus Milchsäurebakterien gewinnen, die nach statistischer Versuchsoptimierung Synthese-Ausbeuten von über 90 % Naturstoffglykosid ermöglichen. Die Reaktionsprodukte konnte ich gemeinsam mit Alexander Kempa, der in seiner Promotion den chemischen Teil unseres Verbundprojekts bearbeitet, aufklären. Dabei haben wir auch neue Moleküle entdeckt, die wir bereits zur Publikation eingereicht haben.

Gibt es Vorteile beim Einsatz der Biokatalysatoren?
Johannes Nolte:
Ja, Biokatalysatoren sind sehr spezifisch und arbeiten bei niedrigen Temperaturen. Insbesondere die Glykosylierung von Naturstoffen ist chemisch nur in mehrstufigen Synthesen mit aufwendiger Schutzgruppenchemie möglich. Mit meinen Biokatalysatoren schaffe ich die Synthese einstufig in wässriger Umgebung und bei Raumtemperatur. Damit ist diese Route eine grüne Alternative zum chemischen Prozess. Zusätzlich nutzen die Biokatalysatoren Haushaltszucker als Substrat, was die Reaktion sehr ökonomisch macht.

Welchen Nutzen hat die Glykosylierung von Naturstoffen?
Johannes Nolte:
 Wir verfolgen zwei Ziele: die Verbesserung der Löslichkeit und die Erhöhung der Stabilität. Beide Effekte konnte ich mit natürlichen Catecholen, das sind aromatische Verbindungen mit zwei benachbarten Hydroxylgruppen, nachweisen. Viele Catechole sind oxidationsempfindlich und die Stabilität wurde durch Glykosylierung um einen Faktor 8 erhöht. Gleichzeitig hat sich die Löslichkeit der Substanzen in Wasser deutlich verbessert, teilweise um mehr als das 50-Fache.

Das klingt vielversprechend. Können Ihre Produkte industriell genutzt werden?
Johannes Nolte:
Wir beschäftigen uns mit biologisch wirksamen Naturstoffen, die sowohl für Pharmazeutika als auch Kosmetika, z.B. zum Schutz der Haut vor UV-Strahlung, eingesetzt werden können. Eine Voraussetzung für den industriellen Einsatz ist dabei, dass Naturstoffe nach der Glykosylierung ihre biologische Aktivität beibehalten. Gemeinsam mit meiner Promotionskollegin Julia Sperlich, die in unserem Projekt den pharmakologischen Teil bearbeitet, konnte ich das in biologischen Zellkulturexperimenten nachweisen. Unsere Glykoside werden in den Zellen hydrolysiert und entfalten dann ihre biologische Wirkung. Zu diesen ganz neuen Ergebnissen bereiten wir aktuell eine Veröffentlichung vor.

Sie haben zunächst Biotechnologie an der Universität Münster studiert. Ihre Doktorarbeit machen Sie im Bereich Biokatalyse. Warum?
Johannes Nolte:
Die Biokatalyse hat mich schon immer begeistert. Die Anwendung von Enzymen und ganzen Zellen in der organischen Synthese finde ich spannend. Die Biokatalyse ist in der Regel sehr selektiv und nachhaltig, was sie zu einem integralen Bestandteil von „Green Chemistry“ macht. Mit unserem einstufigen Prozess auf Basis von kostengünstigem Haushaltszucker sind wir auf dem Weg zu einem Verfahren mit positiver ökologischer und ökonomischer Bilanz.

Was ist Ihre Motivation als Wissenschaftler?
Johannes Nolte:
Forschung gehört sicherlich zu den spannendsten Berufsfeldern. Meine Motivation bei der Bearbeitung wissenschaftlicher Fragestellungen besteht darin, dass ich mich persönlich stetig weiterentwickeln kann. Neben der Einbringung meiner eigenen Expertise ermöglicht mir die Arbeit in interdisziplinären Projekten, Kenntnisse und Erfahrungen in anverwandten Bereichen zu erwerben. Das erfüllt mich sehr und macht mir Spaß.

Was möchten Sie später gerne machen?
Johannes Nolte:
Diese Frage stelle ich mir aktuell, da ich mich im letzten Jahr meiner Promotion befinde. Ich strebe eine Position, z. B. die eines Laborleiters, in einem Pharma- oder Chemieunternehmen an. Ich kann mir sowohl Aufgaben in der Forschung und Entwicklung, aber auch in der Produktion, z. B. bei der Verfahrensverbesserung oder der Qualitätssicherung, gut vorstellen. Die systematische und wissenschaftliche Herangehensweise aus der Forschung kann in diesen Bereichen hervorragend angewendet werden.

(VG 18.07.2018)

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