{"id":87038,"date":"2026-01-12T12:27:02","date_gmt":"2026-01-12T11:27:02","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=87038"},"modified":"2026-01-12T12:43:35","modified_gmt":"2026-01-12T11:43:35","slug":"designer-enzyme-statt-palmoel-frankfurter-forschende-programmieren-hefezellen-um","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/designer-enzyme-statt-palmoel-frankfurter-forschende-programmieren-hefezellen-um\/","title":{"rendered":"Designer-Enzyme statt Palm\u00f6l: Frankfurter Forschende programmieren Hefezellen um"},"content":{"rendered":"<p><em>Proteinengineering erm\u00f6glicht nachhaltige Produktion industriell wichtiger Fetts\u00e4uren<\/em><\/p>\n\n\n\n<p><strong>Fetts\u00e4uren aus Palm\u00f6l und Kokosnuss\u00f6l stecken in zahllosen Produkten des t\u00e4glichen Bedarfs \u2013 ihre Gewinnung befeuert jedoch die Rodung des Regenwalds. Forschende der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt haben das Enzym Fetts\u00e4uresynthase so umprogrammiert, dass es ma\u00dfgeschneiderte Fetts\u00e4uren beliebiger Kettenl\u00e4nge produziert. Durch zwei gezielte Ver\u00e4nderungen des Enzyms k\u00f6nnen statt der \u00fcblichen 16-Kohlenstoff-Ketten nun k\u00fcrzere Fetts\u00e4uren hergestellt werden. In Zusammenarbeit mit einem Partnerlabor in China wurde die ver\u00e4nderte Fetts\u00e4uresynthase in Hefest\u00e4mme eingebracht, um damit industriell begehrte Fetts\u00e4ure nachhaltig im Bioreaktor zu produzieren.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"650\" height=\"450\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitragsbild-palmoel.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-87040\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitragsbild-palmoel.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitragsbild-palmoel-300x208.jpg 300w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitragsbild-palmoel-500x346.jpg 500w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitragsbild-palmoel-18x12.jpg 18w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Die Palm\u00f6lplantagen erstrecken sich oft \u00fcber Kilometer und stellen ein Problem f\u00fcr Mensch und Tier dar.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<p>Ob Waschmittel, Wimperntusche oder Weihnachtsschokolade \u2013 viele Alltagsprodukte enthalten Fetts\u00e4uren aus Palm\u00f6l oder Kokosnuss\u00f6l. Die Gewinnung dieser Rohstoffe geht jedoch mit massiven Umweltproblemen einher: Regenw\u00e4lder werden gerodet, Lebensr\u00e4ume gef\u00e4hrdeter Tierarten vernichtet und traditionellen Landwirten die Lebensgrundlage entzogen. Das Team um Prof. Martin Grininger von der Goethe-Universit\u00e4t hat nun einen biotechnologischen Ansatz entwickelt, der eine umweltfreundlichere Produktion erm\u00f6glichen k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Ein molekulares Flie\u00dfband mit pr\u00e4ziser Kontrolle<\/h2>\n\n\n\n<p>Im Zentrum der Arbeiten steht ein Enzym namens Fetts\u00e4uresynthase (engl. <em>Fatty Acid Synthase<\/em>, FAS) \u2013 eine Art molekulares Flie\u00dfband, das in allen Lebewesen Fetts\u00e4uren aufbaut. \u201eIn dieser Funktion ist die FAS eines der wichtigsten Enzyme des Stoffwechsels einer Zelle und wurde f\u00fcr diese Aufgabe \u00fcber viele Millionen Jahre optimiert\u201c, erkl\u00e4rt Grininger.<\/p>\n\n\n\n<p>Das Enzym produziert normalerweise Palmitins\u00e4ure, eine Fetts\u00e4ure mit 16 Kohlenstoffatomen, die als Baustein f\u00fcr Zellmembranen und Energiespeicher dient. Die Industrie ben\u00f6tigt jedoch vor allem k\u00fcrzere Varianten mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen \u2013 genau die, die derzeit aus den problematischen Pflanzen\u00f6len gewonnen werden. Der entscheidende Vorteil der neuen Methode: \u201eGrunds\u00e4tzlich liegt unser Vorteil in der sehr pr\u00e4zisen Kontrolle der Kettenl\u00e4nge. Wir k\u00f6nnen theoretisch jede Kettenl\u00e4nge machen und zeigen das am Beispiel der C12 Fetts\u00e4ure, die man ansonsten nur aus Palmkernen oder Kokosnuss bekommt\u201c, so Grininger.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Verst\u00e4ndnis durch Ver\u00e4nderung<\/h2>\n\n\n\n<p>Grininger und sein Team haben in den letzten 20 Jahren ma\u00dfgeblich dazu beigetragen, die molekularen Grundlagen der FAS zu verstehen. Sie fanden heraus, dass die Kettenl\u00e4nge durch das Zusammenspiel zweier Untereinheiten gesteuert wird: Die Ketosynthase verl\u00e4ngert die Kette wiederholt um zwei Kohlenstoffatome, w\u00e4hrend die Thioesterase die fertige Kette als Fetts\u00e4ure abspaltet. \u201eWir haben uns dann gefragt, ob wir \u00fcber die Analyse hinausgehen und FAS mit neuer Kettenl\u00e4ngenregulation bauen k\u00f6nnen\u201c, sagt Grininger. \u201eWahres Verst\u00e4ndnis f\u00e4ngt dann an, wenn man ein Ph\u00e4nomen ver\u00e4ndern oder ma\u00dfschneidern kann.\u201c<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Zwei gezielte Eingriffe f\u00fchren zum Erfolg<\/h2>\n\n\n\n<p>Sein Doktorand Damian Ludig griff dieses Konzept auf: \u201eWas k\u00f6nnen wir erreichen, wenn wir gezielt in das Zusammenspiel der beiden Untereinheiten eingreifen \u2013 das war die grundlegende Frage, die wir uns am Beginn meiner Doktorarbeit gestellt haben\u201c, erz\u00e4hlt Ludig. \u201eUnd k\u00f6nnen wir dadurch kontrollieren, mit welcher Kettenl\u00e4nge die Fetts\u00e4uren hergestellt werden?\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Ludig nutzte die Methode des sogenannten Proteinengineerings, bei der einzelne Aminos\u00e4uren ausgetauscht oder ganze Proteinbereiche modifiziert werden k\u00f6nnen. \u201eZwei \u00c4nderungen der FAS mittels Proteinengineering haben schlie\u00dflich zum Ziel gef\u00fchrt\u201c, sagt Ludig. \u201eIn der Ketosynthase-Untereinheit habe ich zun\u00e4chst eine Aminos\u00e4ure ausgetauscht, was dazu f\u00fchrte, dass Ketten ab einer bestimmten L\u00e4nge nur mit geringer Effizienz weiter verl\u00e4ngert werden. Zus\u00e4tzlich habe ich die Untereinheit Thioesterase gegen ein \u00e4hnliches Protein aus Bakterien getauscht, das Aktivit\u00e4t in der Abspaltung kurzer Kettenl\u00e4ngen zeigt.\u201c Je nach weiterer Justierung konnte Ludig so Fetts\u00e4uren kurzer und mittlerer L\u00e4nge herstellen.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Von Frankfurt nach Dalian<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Yongjin Zhou vom Dalian Institut f\u00fcr Chemische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften brachte schlie\u00dflich den Durchbruch. Unterst\u00fctzt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der chinesischen National Natural Science Foundation (NSFC) gelang es Zhou und seinem Labor, Hefest\u00e4mme zu entwickeln, die Fetts\u00e4uren mit nur 12 statt 16 Kohlenstoffatomen produzieren. Verschiedene Designer-FAS aus dem Grininger-Labor wurden daf\u00fcr in die Hefen integriert und optimiert.<\/p>\n\n\n\n<p>Beide Labore haben ihre Technologien bereits zum Patent angemeldet. \u201eVon chinesischer Seite war die Firma Unilever am Projekt beteiligt. Unsere Entwicklung hat bislang ohne Industriebeteiligung stattgefunden, jedoch streben wir eine Zusammenarbeit mit einem Industriepartner an, um die Technologie in die Anwendung zu bringen\u201c, so Grininger.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" width=\"1392\" height=\"623\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-87042\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE.png 1392w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE-300x134.png 300w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE-500x224.png 500w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE-768x344.png 768w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/beitrag-Biosynthese_LehmannGrininger_DE-18x8.png 18w\" sizes=\"(max-width: 1392px) 100vw, 1392px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Schematische Darstellung der Biosynthese in einer Zelle (oben) und im Labor (unten). Durch das Designer-Enzym wird die Kettenl\u00e4nge der Fetts\u00e4ure verk\u00fcrzt (Bild: Felix Lehmann &amp; Martin Grininger\/Goethe-Universit\u00e4t).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Weitergedacht: Von Fetts\u00e4uren zu Arzneistoffen<\/h2>\n\n\n\n<p>In einem zweiten Projekt ging das Labor noch einen Schritt weiter. Felix Lehmann untersuchte in seiner Doktorarbeit, wie universell FAS f\u00fcr ma\u00dfgeschneiderte Biosynthesen einsetzbar sind. \u201eDiese Frage ist auch von der Notwendigkeit angetrieben, chemische Verfahren immer weiter in Richtung nachhaltiger und gr\u00fcner Chemie zu entwickeln\u201c, erkl\u00e4rt Grininger.<\/p>\n\n\n\n<p>Die konkrete Fragestellung: K\u00f6nnen FAS Styrylpyrone herstellen? Diese Molek\u00fcle sind Vorl\u00e4ufer von Substanzen aus der Kava-Pflanze, die als potenziell angstl\u00f6sende Wirkstoffe medizinisches Interesse wecken. Auch hier gelang Lehmann der Erfolg mit relativ wenigen \u00c4nderungen: \u201eZun\u00e4chst haben wir den Teil der FAS weggeschnitten, den wir f\u00fcr die angestrebten Produkte nicht brauchen. Anschlie\u00dfend haben wir die Untereinheit Ketosynthase ver\u00e4ndert, damit Zimts\u00e4ure als Startmolek\u00fcl genutzt werden kann\u201c, erkl\u00e4rt er. Das Team integrierte sogar ein weiteres Protein in die Struktur der FAS, sodass es Teil des Multienzyms wurde.<\/p>\n\n\n\n<p>\u201eWir haben in diesem Projekt schlie\u00dflich noch sehr systematisch betrachtet, wie wir die gesamte Biosynthese ausgehend von leicht verf\u00fcgbaren Bausteinen realisieren k\u00f6nnen\u201c, f\u00fchrt Grininger aus. Die Erkenntnisse seien zwar nicht von unmittelbarer Anwendungsrelevanz, helfen aber das Design neuer Synthasen anzuleiten.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">An der Schnittstelle von Chemie und Biologie<\/h2>\n\n\n\n<p>\u201eWir haben uns als Labor in den letzten Jahren sehr gut in Richtung Biokatalyse und biotechnologische Anwendungen entwickelt \u2013 mit vielen wichtigen Beitr\u00e4gen aus zahlreichen Projekten von Mitarbeiter*innen und Student*innen. Diesen Weg werden wir weitergehen. Im Rahmen des Exzellenzclusters SCALE werden wir mithilfe dieses Enzyms au\u00dferdem ma\u00dfgeschneiderte Biomembranen erzeugen. Ihre Analyse hilft dabei, zentrale Zellbestandteile wie das endoplasmatische Retikulum oder die Mitochondrien besser zu verstehen\u201c, res\u00fcmiert Grininger.<\/p>\n\n\n\n<p>Ob die Technologie die Palm\u00f6l-Problematik tats\u00e4chlich entsch\u00e4rfen kann, h\u00e4ngt nun von der erfolgreichen Skalierung mit Industriepartnern ab. Die wissenschaftliche Grundlage ist jedenfalls gelegt \u2013 und das Labor hat noch viele Ideen.<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<p class=\"has-background\" style=\"background-color:#eeeeee\"><strong>Publikationen:<\/strong> Damian L. Ludig, Xiaoxin Zhai, Alexander Rittner, Christian Gusenda, Maximilian Heinz, Svenja Berlage, Ning Gao, Adrian J. Jervis, Yongjin J. Zhou &amp; Martin Grininger. <strong>Engineering metazoan fatty acid synthase to control chain length applied in yeast<\/strong>. Nature Chemical Biology (2026) <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41589-025-02105-w\">https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41589-025-02105-w<\/a><br><br>Felix Lehmann, Nadja Joachim, Carolin Parthun, Martin Grininger. <strong>Design of a Multienzyme Derived from Mouse Fatty Acid Synthase for the Compartmentalized Production of 2-Pyrone Polyketides<\/strong>. Angewandte Chemie International Edition (2025). <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1002\/anie.202511726\">https:\/\/doi.org\/10.1002\/anie.202511726<\/a><\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<p><strong>Weitere Informationen<br><\/strong>Prof. Dr. Martin Grininger<br><br>Institut f\u00fcr Organische Chemie und Chemische Biologie<br>Buchmann Institute for Molecular Life Sciences<br><br>Goethe University Frankfurt<br>Max-von-Laue-Str. 15<br>60438 Frankfurt am Main<br>+49 (0)69 798 42705<br><a href=\"mailto:grininger@chemie.uni-frankfurt.de\">grininger@chemie.uni-frankfurt.de<\/a><br><a href=\"https:\/\/www.greeninger-chemistry.com\">https:\/\/www.greeninger-chemistry.com<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Proteinengineering erm\u00f6glicht nachhaltige Produktion industriell wichtiger Fetts\u00e4uren Fetts\u00e4uren aus Palm\u00f6l und Kokosnuss\u00f6l stecken in zahllosen Produkten des t\u00e4glichen Bedarfs \u2013 ihre Gewinnung befeuert jedoch die Rodung des Regenwalds. 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