Innovatives enzymatisches Verfahren zur Semisynthese von Taxanen
Das wissenschaftliche Ziel eines erfolgreich abgeschlossenen Projektes war die Entwicklung eines innovativen und nachhaltigen biotechnologischen Verfahrens zur Synthese des therapeutischen Wirkstoffs Taxol® und weiterer, an der Seitenkette modifizierter Taxane. Das technische Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Membran-Kontaktors, welcher zur Synthese und in-situ Extraktion der Reaktionsprodukte genutzt wurde.
Prinzip des Enzym-Membran-Kontaktors
Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.
Paclitaxel, bekannter unter dem Warenzeichen Taxol®, ist ein wirksames Zytostatikum. Die Vollsynthese ist wegen der komplizierten Struktur nicht rationell durchführbar. Zunehmendes Interesse besteht an Taxan-Derivaten, die sich durch deutlich geringere Nebenwirkungen auszeichnen.
Es wurden Strategien der Hochzelldichtefermentation für die Wirtsorganismen E. coli und Pichia pastoris auf der Basis adaptierter Fermentationsmedien entwickelt. Damit konnte die Zelldichte von 33 g/L auf 328 g/L um den Faktor 10 erhöht werden. Dementsprechend stand auch nach dem Zellaufschluss die zehnfache Enzymmenge für die weiteren Umsetzungen zur Verfügung.
Das wichtigste Ergebnis war der Enzym-Membran-Kontaktor (siehe Abbildungen), der an die Anforderungen der Taxol®-Biosynthese angepasst war. Die Enzymlösung mit den Substraten wurde durch das Innere eines Hohlfasermoduls gepumpt. Auf der Außenseite wurde ein organisches Lösungsmittel geführt, welches selektiv das Produkt aus der Enzymlösung extrahierte. Auf diese Weise wurde die Produktaufreinigung wesentlich vereinfacht.
Durch eine instationäre Strömungsführung (Pulsation) wurde eine Verbesserung des Stoffüberganges durch die Hohlfasermembran in Extraktionsversuche erreicht. Somit konnte der Kontaktor soweit qualifiziert werden, dass Extraktionsversuche mit Baccatin III und Benzaldehyd als Modell für die Seitenkette erfolgreich durchgeführt und mittels der at-line-HPLC optimiert werden konnten. Weiterhin konnten aktivierte NAC-und CoA-Derivate von α-Phenylalanin und β-Phenylalanin im Bereich von 10 - 50 mg hergestellt werden. Es wurde zusätzlich eine adaptierte at-line HPLC-Prozessanalytik entwickelt und integriert.
Der Enzym-Membran-Kontaktor kann auch für andere membrangestützten Prozesse eingesetzt werden, z.B. zur Wirkstoffextraktion oder in der Abwasserbehandlung.
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