Authors
Andrej Ribar, MSc (Technische Universität Graz), Martin Pfeiffer, PhD (Institute for Biotechnology and Bioengineering) and Univ.-Prof. DI DDr. hc Bernd Nidetzky (Technische Universität Graz)
C-Nukleoside sind spezielle chemische Verbindungen, die in der Natur vorkommen und zunehmend an Bedeutung für die Medizin gewinnen. Ein bekanntes Beispiel ist Pseudouridin, ein wesentlicher Baustein für moderne mRNA-Impfstoffe (wie die gegen COVID-19) und andere RNA-basierte Therapien. Die Herstellung solcher Moleküle ist jedoch oft komplex und nicht sehr ergiebig.
Forscher der acib GmbH und der TU Graz haben nun eine neue, hocheffiziente Methode entwickelt, um C-Nukleoside mithilfe von Enzymen – den Katalysatoren der Natur – herzustellen. Ihr Ansatz nutzt eine sogenannte Enzymkaskade, bei der drei verschiedene Enzyme in einem einzigen Reaktionsgefäß zusammenarbeiten. Als Ausgangsmaterialien dienen einfache Zucker (Pentosen wie Ribose) und Nukleobasen (wie Uracil), die kostengünstiger und leichter verfügbar sind als bisher verwendete Stoffe.
Im ersten Schritt wird der Zucker durch Enzyme aktiviert (phosphoryliert). Im zweiten Schritt verbindet ein weiteres Enzym diesen aktivierten Zucker präzise mit der Nukleobase zum gewünschten C-Nukleosid-Produkt (Pseudouridin-5′-Phosphat). Eine besondere Herausforderung war die geringe Löslichkeit von Uracil. Die Forscher lösten dies, indem sie Uracil als Feststoff zugaben, was die Reaktion bei sehr hohen Konzentrationen ermöglichte und die Ausbeute massiv steigerte.
Das Verfahren erreicht eine Ausbeute von über 90% bei hoher Produktivität (38 g/L/h) und ist zudem flexibel: Durch Variation der Ausgangszucker und Nukleobasen können auch andere C-Nukleosid-Varianten hergestellt werden. Diese Entwicklung stellt einen wichtigen Fortschritt für die industrielle Biotechnologie dar, da sie eine nachhaltigere und potenziell kostengünstigere Produktion wichtiger pharmazeutischer Bausteine ermöglicht.
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