Novel approaches for the redesign of flavoprotein oxidases

Promotie: dhr. R.T. Winter, 16.15 uur, Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Novel approaches for the redesign of flavoprotein oxidases

Promotor(s): prof.dr.ir. M.W. Fraaije

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Hoe enzymen ‘ademen’

Het promotieonderzoek van Remko Winter had tot doel om enzymen (biologische katalysatoren) aan te passen voor industriële toepassingen. Specifiek werkte hij met oxidases, enzymen die zuurstof uit de lucht gebruiken om verbindingen te oxideren. Om te kunnen reageren met zuurstof uit de lucht moeten oxidases zuurstof op de plaats van de reactie kunnen brengen. Winter ontdekte dat zij dit doen door middel van trechtervormige kanalen die zuurstof begeleid vanuit de omgeving naar de plek in de oxidase waar de reactie plaatsvindt. Dit resulteerde in een publicatie in PNAS, waarover in 2009 een persbericht verscheen: http://www.rug.nl/corporate/nieuws/archief/archief2009/persberichten/100_09.

Enzymen zijn een krachtige klasse van eiwit-gebaseerde katalysatoren. Ze kunnen bijna elke chemische reactie uitvoeren onder milde omstandigheden. De chemische industrie is zich steeds meer bewust van de mogelijkheden die enzymen bieden, vooral in hun zoektocht naar ‘groene’ alternatieven voor huidige industriële processen. Het nadeel is dat de meeste enzymen niet rechtstreeks toegepast kunnen worden. Ze zijn immers geëvolueerd om een bepaalde rol te bekleden in een gedefinieerde biologische niche. De uitdaging is dus om enzymen dusdanig aan te passen (“engineering”) zodat ze een gewenste stof kunnen omzetten onder de gewenste omstandigheden. In dit promotie onderzoek beschrijven wij het werk dat gedaan is om één bepaald klasse enzymen aan te passen: flavoproteïne oxidases.

Flavoproteïne oxidases maken direct gebruik van moleculaire zuurstof om de oxidatie van verbindingen te katalyseren, onder milde omstandigheden. Omdat traditionele oxidatie chemie vrij vervuilend is, zijn oxidases door hun specificiteit en mildheid interessant voor mogelijke industriële toepassingen. Flavoproteïne oxidases katalyseren de oxidatie van een breed scala aan verbindingen, waaronder suikers, alcoholen en steroïden.

In dit promotieonderzoek beschrijven wij een aantal aanpakken die genomen zijn om oxidases te bewerken. We onderzoeken hoe oxidases zuurstof kanaliseren naar de plek waar de reactie plaats vindt. We ontwikkelen een systeem om oxidases aan de oppervlakte van bacteriën te produceren. We ontwikkelen een oxidase sensor, door een kleine peptide met een oxidase te fuseren, die het mogelijk maakt om het bijproduct van oxidase reacties te detecteren. We beschrijven een thermostabiele oxidase uit een organisme die leeft in heet water bronnen en proberen zijn thermostabiliteit in een oxidase te zetten die minder bestand is tegen hoge temperaturen. Als laatste proberen we nieuwe activiteiten te ontdekken door een hele grote verzameling oxidase varianten te maken en vervolgens te doorzoeken op de gewenste activiteit.

Remko Winter (Gabon, 1982) studeerde scheikunde aan de RUG en deed zijn promotieonderzoek bij de Biotransformation & Biocatalysis groep van prof. Dick Janssen en prof. Marco Fraaije. Deze groep is onderdeel van het GBB (Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute). Het werd gefinancierd door STW en DSM.

Momenteel is hij werkzaam in de groep van zijn promotor, prof. Marco W. Fraaije, als postdoc-onderzoeker. Hij doet onderzoek naar het gebruik van een andere klasse van oxidatieve enzymen voor de synthese van grondstoffen voor de chemische industrie, met als doel om uiteindelijk een chemisch proces te vervangen met een biotechnologisch proces.