Enzymtechnik

Anfrage

Creative Enzymes bietet ein umfassendes Spektrum an Enzym-Engineering-Dienstleistungen, die darauf ausgelegt sind, Enzymeigenschaften für industrielle, wissenschaftliche und therapeutische Anwendungen zu verbessern oder neu zu gestalten. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien wie gerichtete Evolution, rationales und de novo Design, ortsspezifische und zufällige Mutagenese, Phagen- und mRNA-Display sowie die Inkorporation unnatürlicher Aminosäuren passen wir die Enzymleistung gezielt an die spezifischen Projektziele an.

Unsere Dienstleistungen ermöglichen Verbesserungen in katalytischer Aktivität, Substratspezifität, Stabilität, Löslichkeit und Enantioselektivität sowie die Schaffung völlig neuartiger katalytischer Funktionen. Mit einem multidisziplinären Team, das in Molekularbiologie, Strukturbiologie, Bioinformatik und Biophysik versiert ist, bietet Creative Enzymes umfassende, skalierbare Lösungen – von in silico Modellierung und Mutagenesedesign bis hin zur experimentellen Validierung und großtechnischen Enzymproduktion.

Enzym-Engineering: Hintergrund und Überblick

Enzym-Engineering befindet sich an der Schnittstelle von Biotechnologie, Strukturbiologie und computergestütztem Design und revolutioniert die Nutzung von Enzymen in der Biokatalyse, biopharmazeutischen Produktion und nachhaltigen chemischen Synthese.

Natürliche Enzyme stoßen unter industriellen oder therapeutischen Bedingungen oft an ihre Grenzen – eingeschränkt durch enge Substratspezifität, geringe Thermostabilität oder schlechte Lösungsmittelverträglichkeit. Durch modernes Enzym-Engineering werden diese Herausforderungen systematisch überwunden, indem Enzymsequenzen und -strukturen gezielt modifiziert werden, um gewünschte Funktionen mit vorhersehbaren Ergebnissen zu erzielen.

Historisch begann das Enzym-Engineering mit rationalen Versuchen, bekannte aktive Zentren zu verändern. Das Feld machte enorme Fortschritte mit der Entwicklung der gerichteten Evolution – ausgezeichnet mit dem Nobelpreis für Chemie 2018 –, die die natürliche Evolution im Labor nachahmt, um optimierte Enzymvarianten zu erzeugen. Heute integriert das Enzym-Engineering computergestützte Modellierung, maschinelles Lernen, Quantenchemie und Hochdurchsatz-Screening und bietet so eine beispiellose Kontrolle über Enzymeigenschaften.

Diagram of enzyme engineering strategies for enhancing enzyme performance Abbildung 1. Mehrere Strategien des Protein-Engineerings haben die Leistungsfähigkeit von Enzymen erheblich verbessert. (Grigorakis et al., 2025)

Bei Creative Enzymes vereint unsere integrierte Enzym-Engineering-Plattform die Präzision des rationalen Designs mit der Vielfalt der gerichteten Evolution und ermöglicht es Kunden, optimierte Biokatalysatoren schneller, mit höheren Erfolgsraten und zu geringeren Kosten zu entwickeln.

Enzym-Engineering: Unser Angebot

Creative Enzymes bietet End-to-End-Enzym-Engineering-Dienstleistungen, die das gesamte Spektrum aktueller wissenschaftlicher und industrieller Anforderungen abdecken. Ob Ihr Projekt die Verbesserung eines bestehenden Enzyms oder das Design eines völlig neuen katalytischen Systems umfasst – unsere flexiblen Servicepakete gewährleisten zuverlässige Ergebnisse, gestützt auf datengesteuertes Design.

Service	Beschreibung	Anwendungen	Preis
Enzym-Engineering durch gerichtete Evolution	Wir setzen error-prone PCR, DNA-Shuffling und Sättigungsmutagenese ein, um große Mutantenbibliotheken mit vielfältigen Enzymvarianten zu erzeugen. Durch Hochdurchsatz-Screening und iterative Selektion identifizieren wir Mutanten mit überlegener Aktivität, Selektivität oder Stabilität. Unsere automatisierten Workflows ermöglichen die Erstellung und Testung von Bibliotheken mit mehr als 10¹² Varianten und beschleunigen so die Optimierungszyklen drastisch.	Verbesserung der katalytischen Effizienz, Thermostabilität, Substratbreite und Lösungsmittelverträglichkeit.	Anfrage
Enzym-Engineering durch rationales Design	Unser rationales Design nutzt Strukturbiologie, Bioinformatik und molekulare Simulation, um gezielte Aminosäuresubstitutionen auf Basis mechanistischer Erkenntnisse einzuführen. Mit Sequenzalignments, Molekulardynamik und Energieminimierung sagen wir stabilisierende oder aktivitätssteigernde Mutationen voraus, die mit minimalem experimentellen Screening eingeführt werden können.	Veränderung der Substratspezifität, Erhöhung der Thermostabilität und Feinabstimmung der Enzymkinetik.
Enzym-Engineering durch De Novo Design	Durch de novo Design konstruiert Creative Enzymes völlig neue Enzyme mit maßgeschneiderten katalytischen Funktionen oder Faltungen, die in der Natur nicht vorkommen. Durch die Kombination von computergestütztem Proteindesign, Energieoptimierungsalgorithmen und maschinellen Lernmodellen entwerfen wir aktive Zentren, Faltungsgerüste und Bindungstaschen von Grund auf. Die experimentelle Validierung stellt sicher, dass die vorhergesagten Enzyme korrekt falten und die gewünschten Reaktionen ausführen.	Design von Enzymen für neuartige Reaktionen, nicht-natürliche Substrate oder künstliche Stoffwechselwege.
Enzym-Engineering durch ortsspezifische Mutagenese	Mittels präziser genetischer Bearbeitung führt unser Service gezielte Mutationen an bestimmten Resten ein, um Struktur-Funktions-Beziehungen zu untersuchen oder die Enzymleistung zu verbessern. Wir verwenden QuikChange-ähnliche PCR, Kassettenmutagenese und Rekombinierung für Einzel- oder Mehrfachmutationen.	Zielgerichtete Verbesserung katalytischer Reste, Feinabstimmung aktiver Zentren oder mechanistische Aufklärung.
Enzym-Engineering durch zufällige Mutagenese und DNA-Shuffling	Wenn Sequenz-Struktur-Beziehungen nicht gut charakterisiert sind, bietet die zufällige Mutagenese eine leistungsstarke Explorationsstrategie. Wir führen Mutationen stochastisch im gesamten Gen ein und rekombinieren Fragmente mittels DNA-Shuffling, um hochdiverse chimäre Bibliotheken zu erzeugen. Nachfolgendes Screening identifiziert neuartige Varianten mit vorteilhaften Eigenschaften.	Entdeckung völlig neuer katalytischer Funktionen und Verbesserung wenig charakterisierter Enzyme.
Phagen-Display und mRNA-Display für Enzym-Engineering	Diese in vitro Display-Systeme ermöglichen die Auswahl von Enzymvarianten mit gewünschten Bindungs- oder katalytischen Eigenschaften aus riesigen Bibliotheken. Phagen-Display koppelt Phänotyp und Genotyp auf der Oberfläche von Bakteriophagen, während mRNA-Display das Screening von Bibliotheken mit bis zu 10¹³ Varianten in einer zellfreien Umgebung erlaubt. Diese Methoden sind besonders nützlich für Affinitätsoptimierung und Studien zu Enzym-Substrat-Interaktionen.	Verbesserung der Substrataffinität, Entwicklung von Bindungsproteinen und Screening von Enzymgerüsten für die Biokatalyse.
Inkorporation unnatürlicher Aminosäuren	Durch Erweiterung des genetischen Codes ermöglicht Creative Enzymes die ortsspezifische Inkorporation unnatürlicher Aminosäuren in Enzyme. Dies erlaubt die Einführung nicht-kanonischer funktioneller Gruppen, reaktiver Gruppen oder spektroskopischer Sonden zur mechanistischen Analyse und verbesserten Stabilität.	Einführung katalytischer Metallzentren, Verbesserung der Enzymrigidität oder Ermöglichung photo- oder chemisch schaltbarer Aktivität.

Service-Workflow

Creative Enzymes' enzyme engineering service workflow illustration

Service-Details

Creative Enzymes bietet vollständig maßgeschneiderte Lösungen – von Einzelstellen-Mutationsstudien bis zu groß angelegten Projekten der gerichteten Evolution. Unsere Dienstleistungen umfassen:

Computergestütztes Enzymdesign: Homologiemodellierung, QM/MM-Simulationen und KI-gestützte Strukturvorhersage.
Mutagenese-Plattformen: Ortsspezifische, zufällige oder kombinatorische Mutagenese mit hoher Genauigkeit.
Bibliotheksaufbau & Screening: Bis zu 10¹² Varianten pro Projekt mittels Fluoreszenz-, Absorptions- oder aktivitätsbasierter Assays.
Expressionssysteme: Expertise in E. coli, Hefe-, Insekten- und Säugerzellen-Systemen mit skalierbarer Expression und Aufreinigung.
Charakterisierung & Validierung: Strukturbestimmung (Röntgen, Kryo-EM), kinetische Assays und Stabilitätstests unter industriellen Bedingungen.
Berichtswesen & Technologietransfer: Vollständige Dokumentation, Datenanalyse und IP-konforme Projektübergabe.

Unser Prozess ist auf Flexibilität und Skalierbarkeit ausgelegt und gewährleistet die Kompatibilität sowohl mit frühen Entdeckungsphasen als auch mit industriellen Produktionsanforderungen.

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Weshalb mit Creative Enzymes zusammenarbeiten?

Umfassende technische Expertise

Unser multidisziplinäres Team vereint Fachwissen in Strukturbiologie, Enzymologie und computergestützter Biochemie und gewährleistet rational geleitete, wissenschaftlich fundierte Enzymdesigns.

Integrierte Technologieplattform

Durch die Integration von computergestützter Modellierung, Hochdurchsatz-Screening und experimenteller Evolution bieten wir End-to-End-Lösungen vom Konzept bis zum optimierten Enzym.

Individualisierung & Flexibilität

Jedes Projekt wird individuell auf die Ziele des Kunden zugeschnitten, mit anpassbaren Workflows für spezifische Enzyme, Substrate oder Prozessbedingungen.

Hohe Erfolgsrate & Effizienz

Durch die kombinierte Nutzung rationaler und evolutionärer Methoden reduzieren wir Versuch-und-Irrtum drastisch, beschleunigen Projektlaufzeiten und steigern die Erfolgsraten.

Skalierbare & industriegerechte Lösungen

Von der Validierung im Labormaßstab bis zur industriellen Enzymproduktion sind unsere Lösungen auf Skalierbarkeit und regulatorische Anforderungen ausgelegt.

Bewährte Erfolgsbilanz

Vertraut von globalen Pharma-, Biotech- und Chemieunternehmen hat Creative Enzymes erfolgreich Hunderte von konstruierten Enzymen mit dokumentierten Leistungsverbesserungen geliefert.

Praxisbeispiele für Enzym-Engineering

Fall 1: Rationales Engineering der β-Aminosäure-Dehydrogenase für effiziente asymmetrische Synthese

Diese Studie berichtet über die strukturelle und mechanistische Aufklärung der L-erythro-3,5-diaminohexanoat-Dehydrogenase, der einzigen bekannten β-Aminosäure-Dehydrogenase (β-AADH). Durch Kristallstrukturanalyse, ortsspezifische Mutagenese und quantenchemische Analysen wurden entscheidende Unterschiede zwischen β- und α-AADHs bei Substratbindung und Katalyse aufgedeckt. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurden mehrere rational konstruierte Varianten entwickelt, die eine 110–800-fache Aktivitätssteigerung gegenüber verschiedenen β-Aminosäuren zeigten, ohne die Enantioselektivität zu beeinträchtigen. Mit den besten Varianten wurden zwei β-Aminosäuren mit >99% ee und 86–87% Ausbeute synthetisiert, was einen robusten Rahmen für zukünftiges β-AADH-Engineering und die asymmetrische β-Aminosäuresynthese bietet.

Crystal structures and catalytic mechanism of L-erythro-3,5-diaminohexanoate dehydrogenase for rational β-amino acid synthesis Abbildung 2. Die Substratbindung und der katalytische Mechanismus der L-erythro-3,5-diaminohexanoat-Dehydrogenase, des einzigen bekannten Mitglieds der β-Aminosäure-Dehydrogenase-Familie, unterscheiden sich deutlich von denen ihrer α-Gegenstücke. Nachfolgendes rationales Engineering erweiterte das Substratspektrum ohne Verringerung der Enantioselektivität und ermöglichte eine effiziente asymmetrische Synthese von β-Aminosäuren. (Liu et al., 2021)

Fall 2: Verbesserung der Aktivität eines natürlichen Enzyms durch Inkorporation unnatürlicher Aminosäuren

Bakterielle Phosphotriesterasen hydrolysieren Paraoxon effizient und galten als evolutionär optimiert. Der Ersatz von Tyrosin an Position 309 durch unnatürliche Aminosäuren – L-(7-Hydroxycoumarin-4-yl)ethylglycin (Hco) und L-(7-Methylcoumarin-4-yl)ethylglycin – führte jedoch zu bemerkenswerten katalytischen Verbesserungen. Die kinetische Analyse zeigte, dass die deprotonierte 7-Hydroxylgruppe von Hco durch elektrostatische Abstoßung mit dem negativ geladenen Produkt einen schnelleren Produktabgang ermöglichte. Diese einzelne, rational entworfene Substitution führte zu einer 8–11-fachen Steigerung des katalytischen Umsatzes und übertraf damit, was durch umfangreiche Mutagenese mit natürlichen Aminosäuren erreichbar war. Die Studie zeigt, wie Designer-Aminosäuren neue funktionelle und strukturelle Möglichkeiten im Enzym-Engineering eröffnen.

Enzyme activity improvement of bacterial phosphotriesterases using unnatural amino acids at position Y309 Abbildung 3. Potenzielle Rotamere (ohne sterische Konflikte mit anderen Aminosäureresten oder Substrat) von Hco309 relativ zum Substrat Diethyl-methoxyphenylphosphat und Tyr309 im Wildtyp-Protein basierend auf der Kristallstruktur des Enzym-Substrat-Komplexes (PDB accession code 2R1N). (Ugwumba et al., 2011)

Enzym-Engineering: Häufig gestellte Fragen

F: Was sind die Hauptvorteile des Enzym-Engineerings im Vergleich zur Nutzung natürlicher Enzyme?

A: Künstlich entwickelte Enzyme bieten eine überlegene Leistung, einschließlich erhöhter katalytischer Aktivität, Stabilität und Substratvielfalt. Sie können unter extremen industriellen Bedingungen funktionieren und Reaktionen katalysieren, die über die Fähigkeiten natürlicher Enzyme hinausgehen.
F: Wie wähle ich zwischen gerichteter Evolution und rationalem Design?

A: Rationales Design ist ideal, wenn detaillierte Strukturdaten vorliegen und gezielte Mutationen möglich sind. Gerichtete Evolution eignet sich, um Sequenzvielfalt ohne vorherige Strukturdaten zu erforschen. Viele Projekte kombinieren beide Ansätze für optimale Ergebnisse.
F: Welche Informationen müssen Kunden vor Projektbeginn bereitstellen?

A: Wir benötigen in der Regel die Zielenzymsequenz, Substratinformationen, gewünschte Modifikationen oder Zielmerkmale sowie bekannte strukturelle oder biochemische Daten. Falls nicht verfügbar, können wir initiale bioinformatische und Homologiemodellierungsanalysen durchführen.
F: Können Sie groß angelegte Bibliothekskonstruktion und Screening durchführen?

A: Ja. Unsere automatisierten Plattformen für gerichtete Evolution unterstützen Bibliotheken mit bis zu 10¹² Varianten und Hochdurchsatz-Screening mittels spektrophotometrischer, fluoreszenter oder chromatographischer Assays.
F: Wie werden Projektlaufzeiten festgelegt?

A: Die Laufzeiten hängen von der Komplexität, Bibliotheksgröße und erforderlicher Validierung ab. Standardprojekte zur Enzymoptimierung dauern typischerweise 8–12 Wochen, während de novo Designprojekte 16–24 Wochen benötigen können.
F: Sind geistige Eigentumsrechte geschützt?

A: Absolut. Creative Enzymes gewährleistet strikte Vertraulichkeit und IP-Schutz für alle Kundenprojekte. Alle Designs, Daten und Materialien bleiben Eigentum des Kunden, sofern nicht anders vereinbart.
F: Bieten Sie Expressions- und Aufreinigungsdienstleistungen für konstruierte Enzyme an?

A: Ja. Wir bieten umfassende Downstream-Unterstützung, einschließlich Expressionsoptimierung, Aufreinigung, Stabilitätstests und Scale-up-Produktion für Forschungs- und Industrieanwendungen.
F: Welche Branchen profitieren am meisten vom Enzym-Engineering?

A: Unsere Enzym-Engineering-Dienstleistungen richten sich an die biopharmazeutische, chemische, landwirtschaftliche, Lebensmittel- und Umweltbranche sowie an Forschungseinrichtungen, die neuartige katalytische Anwendungen verfolgen.

Referenzen:

Grigorakis K, Ferousi C, Topakas E. Protein engineering for industrial biocatalysis: principles, approaches, and lessons from engineered PETases. Catalysts. 2025;15(2):147. doi:10.3390/catal15020147
Liu N, Wu L, Feng J, et al. Crystal Structures and Catalytic Mechanism of L-erythro-3,5-Diaminohexanoate Dehydrogenase and Rational Engineering for Asymmetric Synthesis of β-Amino Acids. Angew Chem Int Ed. 2021;60(18):10203-10210. doi:10.1002/anie.202017225
Ugwumba IN, Ozawa K, Xu ZQ, et al. Improving a natural enzyme activity through incorporation of unnatural amino acids. J Am Chem Soc. 2011;133(2):326-333. doi:10.1021/ja106416g

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Dienstleistungen & Produkte von Interessierten

Projektbeschreibung:

Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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