Design of an electrochemical bioproduction system for piperazines

Dieses interdisziplinäre Forschungsprojekt zwischen den Gruppen von Prof. Dr. Bernhard Hauer/Dr. Bettina Nestl (Universität Stuttgart/ Innophore), Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel (UMSICHT; RUB) und Dr. Lars Lauterbach (RWTH Aachen) adressiert zwei grundlegende Bereiche des Schwerpunktprogramms 2240, nämlich das metabolische Engineering von Mikroorganismen für die Elektrobiosynthese von Wertschöpfungsprodukten und das Elektroden- und Reaktor-Engineering für effiziente bio-elektrochemische Prozesse. Der CO2-fixierende und H2 oxidierende Knallgas-Mikroorganismus Ralstonia eutropha ist ein vielseitiger Plattformorganismus für die Herstellung verschiedener Chemikalien und Biopolymere. Stickstoffhaltige Heterocyclen wie Piperazine sind sehr wertvolle Bausteine, die in zahlreichen medizinischen und bioaktiven Naturprodukten vorkommen. Das Fehlen effizienter Methoden für die direkte Synthese von C- und N-substituierten Piperazinen ist eine der größten Hürden bei der Ausschöpfung des therapeutischen Potenzials dieser Systeme. Die NADPH-abhängigen Iminreduktasen katalysieren die reduktive Kopplung von Dicarbonylen mit Diaminen, um die entsprechenden Piperazinprodukte zu erzeugen. Für diese Reaktion werden zwei Äquivalente des teuren Cofaktors NADPH benötigt, der für praktische Anwendungen im großen Maßstab kontinuierlich recycelt werden muss. In diesem Projekt wollen wir einen stapelbaren PEM-ähnlichen Reaktor entwickeln, der den CO2-Fixierungsmetabolismus von R. eutropha mit der elektrogetriebenen Zufuhr von Reduktionsäquivalenten für die kontinuierliche Flusssynthese von Piperazinen kombiniert.

Partners

iAMB Institut für Angewandte Mikrobiologie | RWTH Aachen University

RWTH Aachen
Institute for Applied Microbiology

University of Stuttgart

University of Stuttgart
Institute of Systems Biotechnology

RUB Fraunhofer UMSICHT

Ruhr-Universität Bochum
Chair of Inorganic Chemistry I

Mitarbeitende

Univ.-Prof. Dr. Lars Lauterbach

Univ.-Prof. Dr. Lars Lauterbach

RWTH Aachen
Institute for Applied Microbiology

Prof. Dr. Bernhard Hauer

Prof. Dr. Bernhard Hauer

University of Stuttgart
Institute of Systems Biotechnology

Dr. Bettina Nestl

Dr. Bettina Nestl

University of Stuttgart
Institute of Systems Biotechnology

Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel

Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel

Ruhr-Universität Bochum
Chair of Inorganic Chemistry I

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