KI-gestützte Biokatalyse-Lösungen

Warum KI für Biokatalyse?

Die industrielle Biokatalyse hat sich über Nischenanwendungen hinaus zu einer etablierten Herstellungstechnologie entwickelt. Dennoch bleibt die Lücke zwischen der Identifikation einer biokatalytischen Chance und der Bereitstellung eines prozessreifen Enzyms erheblich. Traditionelle Entwicklungszeiträume – 12 bis 24 Monate von der Enzymidentifikation bis zur Validierung im Pilotmaßstab – sind mit wettbewerbsfähigen Produkteinführungsplänen nicht vereinbar.

KI-gestützte Ansätze komprimieren diesen Zeitrahmen, indem sie Enzymkandidaten mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit vor der experimentellen Festlegung priorisieren, Varianten für Prozessbedingungen statt primär für biologische Funktion designen und Prozessverhalten aus molekularen Eigenschaften vorhersagen. Das Ergebnis ist eine schnellere Konvergenz auf Biokatalysatoren, die nicht nur aktiv, sondern unter industriellen Bedingungen herstellbar, stabil und wirtschaftlich tragfähig sind.

Der Business Case geht über Geschwindigkeit hinaus. KI-geleitete Entwicklung reduziert die Anzahl experimenteller Varianten, die synthetisiert und gescreent werden müssen, und senkt damit Reagenzien- und Personalkosten. Sie identifiziert prozesskompatible Enzyme früher und reduziert das Risiko von Spätphasen-Fehlschlägen. Zudem ermöglicht sie biokatalytische Routen zu Molekülen, die zuvor enzymatisch nicht zugänglich waren, und eröffnet neue Produktkategorien sowie IP-Positionen.

Plattform zur Biokatalysatorentwicklung

Unsere Plattform integriert Enzym-Discovery, Engineering und Prozesscharakterisierung in eine einheitliche Entwicklungspipeline:

Jede Stufe speist die nächste mit quantitativen Daten, sodass Entwicklungsentscheidungen auf gemessener Performance statt auf Annahmen basieren.

Optimierung industrieller Workflows

Die Leistung eines Biokatalysators muss im Prozesskontext bewertet werden – nicht nur im Assay. Unsere Workflow-Optimierung adressiert die gesamte Herstellungskette:

Reaktionsengineering: Optimierung von Substratkonzentration, Cofaktorregeneration, Management von Produktinhibition und Downstream-Integration zur Maximierung der volumetrischen Produktivität und der Raum-Zeit-Ausbeute

Immobilisierung und Formulierung: Auswahl und Optimierung von Trägermaterialien, Vernetzungschemien und Lagerbedingungen zur Verlängerung der operativen Lebensdauer und zur Ermöglichung der Katalysatorwiederverwendung

Integration der Prozessanalytik: Entwicklung von In-Process-Monitoring-Methoden für Enzymaktivität, Substratumsetzung und Produktqualität zur Unterstützung einer Echtzeit-Prozesssteuerung

Technologietransfer: Dokumentation und Unterstützung beim Transfer von der Entwicklung in die Herstellung, einschließlich Standardarbeitsanweisungen (SOPs), Qualitätsspezifikationen und Unterstützung bei regulatorischen Einreichungen

Ziel ist nicht nur ein verbessertes Enzym, sondern ein verbesserter Prozess, der zufällig enzymatisch ist.

Unsere Biokatalyse-Services

Unser Biokatalyse-Service ist in drei spezialisierte Tracks gegliedert:

Nachhaltigkeit & Green Chemistry

Biokatalyse bietet intrinsische Nachhaltigkeitsvorteile, die mit unternehmerischen Umweltzielen und regulatorischen Trends im Einklang stehen:

KI-geleitete Entwicklung verstärkt diese Vorteile, indem sie Enzyme identifiziert, die inhärent effizienter und prozesskompatibler sind, und so den ökologischen Fußabdruck sowohl des Entwicklungsprozesses als auch des finalen Herstellbetriebs reduziert.

Anwendungsbranchen

Unsere KI-gestützten Biokatalyse-Lösungen unterstützen vielfältige Industriesektoren:

Verwandte Biokatalyse-Services

Creative Enzymes bietet zudem integrierte Entwicklungsservices für Biokatalyse an, einschließlich Enzym-Screening, katalytischer Optimierung, Analyse der Prozesskompatibilität, Enzymimmobilisierung sowie Unterstützung industrieller Biotransformationen für KI-gestützte Biokatalysator-Engineering-Projekte.

• Biokatalyse-Services
• Substratauswahl & Modifikation für Biokatalysatoren
• Biokatalysator-Charakterisierung
• Gen-Discovery & Expression für Biokatalysatoren
• Biokatalysator-Engineering
• Entwicklung biokatalytischer Reaktionsrouten
• Prozessentwicklung & Consulting für die Biokatalysatorproduktion

Beispiel aus der Praxis

KI-gestütztes Engineering nachhaltiger Transaminasen

Abbildung 1. KI-gestützter Protein-Engineering-Workflow zur Verbesserung der R-Transaminase-Aktivität gegenüber dem pro-Sitagliptin-Keton. (Kumar et al., 2026)

In dieser Studie wurde ein nachhaltiger biokatalytischer Prozess zur Herstellung eines industriell wichtigen chiralen Amins mittels KI-geleitetem Enzym-Engineering entwickelt. Die Forschenden etablierten ein 6D-Grid-Protein-Engineering-Framework, das Analyse von Interaktionsenergien, Lösungsmittel-Effekte und 1,39 Millionen Strukturfragmente integrierte, um produktive Mutationen vorherzusagen und gleichzeitig das experimentelle Screening zu minimieren. Fünf KI-selektierte Transaminase-Varianten mit jeweils neun Mutationen zeigten hohe Löslichkeit und katalytische Stabilität im 7‑L-Fermentationsmaßstab. Die engineered Enzyme setzten ein prochirales Keton zu Sitagliptin mit über 99 % Enantiomerenüberschuss und bis zu 89 % Umsetzung nach dem Scale-up um. Darüber hinaus verbesserte der Ersatz von DMSO durch ein umweltfreundlicheres Ethanol/PEG‑400-Lösungsmittelsystem die Nachhaltigkeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung industrierelevanter katalytischer Performance.

FAQs

• F: Wie lange dauert die Entwicklung typischerweise?

  A: 8–12 Monate vom Projektstart bis zur Validierung im Pilotmaßstab für Targets mit moderater Komplexität. Neuartige Aktivitäten oder anspruchsvolle Prozessbedingungen können den Zeitraum auf bis zu 18 Monate verlängern. Beschleunigte Programme mit komprimierten Meilensteinen sind verfügbar.

• F: Stellen Sie Enzyme auch im Herstellmaßstab bereit?

  A: Wir liefern optimierte Expressionsstämme und Reinigungsprotokolle, die für den Technologietransfer in die Herstellung geeignet sind. Kommerzielle Enzym-Liefervereinbarungen können über Partnernetzwerke oder durch vom Kunden benannte Hersteller etabliert werden.

• F: Können Sie mit proprietären Substraten und Produkten arbeiten?

  A: Ja. Alle Projekte erfolgen unter Vertraulichkeitsvereinbarungen. Proprietäre Strukturen und Prozessbedingungen werden geschützt, und die IP-Positionen des Kunden werden während der gesamten Entwicklung respektiert.

• F: Was, wenn es kein natürliches Enzym für meine Zielreaktion gibt?

  A: Wir evaluieren verwandte Enzymklassen hinsichtlich promiscuöser Aktivität, die in Richtung der Zieltransformation engineered werden kann. Für tatsächlich neuartige Reaktionen kann ein generatives de-novo-Enzymdesign anwendbar sein – mit entsprechend verlängerten Entwicklungszeiträumen.

• F: Wie handhaben Sie die Prozessintegration?

  A: Prozessengineering ist integraler Bestandteil unseres Entwicklungsworkflows und kein nachgelagerter Zusatz. Enzym-Engineering-Ziele werden in Zusammenarbeit mit Prozesschemikern definiert, um die Kompatibilität mit bestehender oder geplanter Herstellinfrastruktur sicherzustellen.

• F: Unterstützen Sie regulatorische Einreichungen?

  A: Wir stellen Charakterisierungsdaten, Prozessbeschreibungen und Qualitätsdokumentation bereit, die für regulatorische Einreichungen geeignet sind. Direkte regulatorische Unterstützung wird in Abstimmung mit den Regulatory-Affairs-Teams des Kunden oder spezialisierten Consultants koordiniert.