Evonik Magazin 3/2008 - Evonik Industries

Hydantoin, aus dem auch der Futtermittel -
zusatz D,L-Methionin unmittelbar ge -
wonnen wird. Als sich Wissenschaftler
von Evonik an die Verfahrens entwicklung
für L-Methionin machten, hatten sie
bereits ein Enzym, das ihnen dieses D,L-
Methionin-Hydantoin in eine Amino säure
umwandelte – allerdings in die D-Form.
„Mithilfe gentechnischer Methoden gelang
es uns, Bakterien so umzupolen, dass sie
statt des D-Enantiomeren die gewünschte
L-Form lieferten“, so Drauz.
Dazu isolierten die Wissenschaftler
zunächst das Gen, das im natürlich vorkommenden
Mikroorganismus für die Enzymherstellung
verantwortlich ist. Anschließend
vervielfältigten sie dieses Gen im
Reagenzglas. Dabei fertigten sie allerdings
keine 1:1-Kopien an, sondern bauten nach
dem Zufallsprinzip jeweils gewollt Fehler
ein. Diese „fehlerhaften“ – Fachsprache:
mutierten – Gene schleusten sie wieder
in Bakterien ein, die anschließend mutierte
Abkömmlinge des natürlichen Enzyms
produzierten. Nachfolgende Tests zeigten,
dass darunter auch Enzyme waren, mit
deren katalytischer Hilfe aus D,L-Methionin-Hydantoin
die L-Aminosäure entsteht.
Durch den Vergleich der künstlich
erzeugten Enzyme mit dem natürlichen
gewannen die Wissenschaftler wichtige
Informationen, die sie nutzten, um das
INFOGRAFIK: DR. DIETER DUNEKA
Was ist ein Katalysator?
Diffusion Diffusion
Reaktion
2 NO N 2 + O 2
Adsorption Desorption
Katalysator-Oberfl äche
Ablauf einer katalytischen Reaktion
zwischen Adsorption (Anreicherung)
und Desorption
entsprechende Gen weiter zu verändern –
diesmal gezielter.
„Die grundsätzliche Idee zu dem Produktionsverfahren
hatten wir schon Anfang
der 1990er-Jahre, aber damals waren die
gentechnischen Methoden zu ihrer Umsetzung
noch nicht so weit entwickelt wie heute“,
erinnert sich Drauz. Und weiter: „Da
muss man als Forscher schon an eine Idee
glauben, wenn man rund zehn Jahre in sie
investiert.“ Damit die Bakterien schließlich
tatsächlich wie gewünscht in einem einzigen
Schritt das reine L-Methionin herstellten,
fügten die Wissenschaftler noch
zwei weitere Gene in die Bakterienzelle
ein, die verantwortlich für die Herstellung
zweier weiterer Enzyme sind. 2002 war es
dann so weit: Evonik produzierte erstmals
in größeren Mengen L-Methionin auf diese
biotechnologische Weise – bedeutend einfacher
und kostengünstiger als durch herkömmliche
Herstellverfahren.
„Wir suchen stets nach dem besten Katalysator
für einen Prozess. Ob es sich dabei
um einen Biokatalysator, einen homogenen
oder einen heterogenen Katalysator handelt,
ist für uns zweitrangig“, sagt Drauz.
Denn Evonik verfügt über das Know-how
und die Technologien, um jede Art von Kat
zu entwickeln und einzusetzen.
Doch einen Unterschied gibt es: Während
homogene und heterogene Kats auch
Bei einer chemischen Reaktion werden in Molekülen Bindungen
zwischen Atomen gebrochen und geknüpft, wobei sich neue
Moleküle bilden. Katalysatoren sind Feststoffe, gelöste Feststoffe oder
Flüssig keiten, die es den reagierenden Molekülen erleichtern,
die alten Bindungen aufzugeben und neue Bindungen einzugehen. Sie
sind damit so etwas wie „Heiratsvermittler“ – tatsächlich ist auch
das chinesische Schriftzeichen für „Katalysator” vom Zeichen für das
Wort „Heiratsvermittler“ abgeleitet. Ein Katalysator beeinflusst
die Geschwindigkeit einer Reaktion, bleibt aber selbst unverändert.
Den Produkten einer Reaktion lässt sich nicht anmerken, ob
sie ohne oder mithilfe eines Katalysators hergestellt wurden.
für andere Unternehmen entwickelt und
produziert werden, gibt Evonik Biokatalysatoren
nur in Ausnahmefällen an Kunden
ab. „Ganzzellkatalysatoren müssen
stets frisch hergestellt werden. Sobald sie
aber den genetisch veränderten Mikroorganismus,
der das entsprechende Enzym
liefert, einmal aus der Hand geben, kann
jeder andere Fachmann die Gene des Mikroorganismus
vervielfältigen – und muss den
Biokatalysator dann nicht mehr einkaufen“,
begründet Drauz die Zurückhaltung.
Dass die Katalyseforscher einmal
darunter leiden, dass sie gleichsam die
Schilder für alle Routen aufgestellt haben,
ist nicht zu befürchten. Nicht nur, weil es
stets Bedarf an neuen chemischen Erzeugnissen
gibt, für deren Produktion es der
Hilfe von Katalysatoren bedarf. Sondern
auch, weil die bestehenden Erzeugnisse
zunehmend nicht mehr aus Erdöl stammen
werden. Denn Öl wird immer teurer und
knapper. Daher werden nachwachsende
Rohstoffe bedeutsamer, die zudem klimaneutral
sind. „Diese Umstellung vom Öl auf
andere Rohstoffquellen ist eine gewaltige
Herausforderung, die ohne neue und raffinierte
Katalysatoren nicht bewältigt werden
kann“, ist Chen überzeugt. Angesichts
solcher Aufgaben scheint es fraglich, ob er
künftig noch Zeit für das Wandern in den
Bergen haben wird. <
35