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.