Sulfone und Sulfonamide, organische Moleküle, die eine Sulfonyl-Gruppe enthalten, kommen in vielen Bereichen zum Einsatz, beispielsweise als Arzneimittel oder im Agrarbereich. Mit rund 800.000 Euro unterstützt die VolkswagenStiftung für vier Jahre ein Vorhaben an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU), in dem solche Sulfonyl-Gruppen mithilfe von Enzymen in Moleküle eingebracht werden sollen. Dies ist bislang so nicht möglich. Ein solches Verfahren birgt ein großes Potential einer nachhaltigen, biotechnologischen Produktion von Arzneimitteln aus nachwachsenden Rohstoffen.
Seit der Entdeckung der ersten Sulfonamid-Antibiotika vor fast 100 Jahren haben Medikamente auf der Basis von Sulfonen und Sulfonamiden buchstäblich Millionen von Menschenleben gerettet. „Hierbei handelt sich um organische Moleküle mit einer sogenannten Sulfonyl-Funktionalität, einer mit Kohlenstoff- oder Stickstoff-Atomen verknüpften SO2-Gruppe. Sie finden heutzutage in verschiedenen Bereichen Verwendung“, sagt Professor Dr. Georg Manolikakes vom Fachbereich Chemie an der RPTU in Kaiserslautern. Das geht beispielsweise von Agrochemikalien bis hin zu pharmazeutischen Wirkstoffen in Arzneimitteln.
Um eine solche Gruppe in Moleküle einzuführen, gibt es unterschiedliche chemische Verfahren. In den vergangenen 15 Jahren wurden, unter anderem von der Arbeitsgruppe um Manolikakes, Methoden zu einer direkten chemischen Fixierung von Schwefeldioxid (SO2) in Sulfone oder Sulfonamide entwickelt. Sie beruhen jedoch fast ausschließlich darauf, dass für die nötigen Startmaterialien fossile Ressourcen zum Einsatz kommen. „Interessanterweise gibt es nur vereinzelte Beispiele von Naturstoffen, die eine Sulfon- oder Sulfonamid-Funktionalität enthalten“, so Manolikakes weiter. „Offenbar fehlt der Natur die Fähigkeit, diese Gruppe aufzubauen.“
Das Team um den Kaiserslauterer Chemie-Professor wird im Rahmen des Vorhabens daran arbeiten, weg von einer chemischen SO2-Fixierung hin zu einer biochemischen Fixierung zu kommen. „Wir wollen die Synthesemaschinerie der Natur nutzen und werden dazu verschiedene Ansätze verfolgen, um Enzyme zu identifizieren, die in der Lage sind, SO2 in organische Moleküle einzubauen.“
In einem nächsten Schritt will das Team mit den gewonnenen Erkenntnissen neuartige Enzyme für eine effiziente SO2-Fixierung entwickeln. „Dabei möchten wir eine breite Palette strukturell unterschiedlicher Sulfone und Sulfonamide herstellen“, so Manolikakes.
Auf diese Weise könnten künftig etwa medizinisch relevante Produkte auf Basis nachwachsender Rohstoffe nachhaltig produziert werden.
Die VolkswagenStiftung fördert die Arbeiten im Rahmen ihres Programms „Momentum – Förderung für Erstberufene“. Es richtet sich an Professorinnen und Professoren drei bis fünf Jahre nach ihrem Amtsantritt auf eine Lebenszeitprofessur, welche sie strategisch und inhaltlich weiterentwickeln wollen. Sie werden in einer ersten Phase vier Jahre mit 800.000 Euro unterstützt, eine Verlängerung um zwei weitere Jahre ist möglich.
Bu: Professor Manolikakes (li.) und sein Mitarbeiter Jan Philipp Nau bei einer chemischen Fixierung von Schwefeldioxid. Foto: RPTU/AG Manolikakes
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