Bakterien wandeln Plastik in Paracetamol um
Ursprünglich wollte das Team um den schottischen Biochemiker Prof. Stephen Wallace untersuchen, ob bestimmte Bakterien in Anwesenheit eines Katalysators in der Lage sind para-Aminobenzoesäure (PABA) aus Carbonsäurehydroxylamiden, die sie aus alten PET-Flaschen gewonnen hatten, herzustellen. PABA ist ein essenzieller Stoff in der Folsäurebiosynthese, ohne ihn können Bakterien nicht wachsen.
Die Chemiker verwendeten einen auxotrophen E. Coli Stamm, der PABA nicht selbst generieren kann. Die Theorie: In Anwesenheit eines Katalysators findet eine nach dem deutschen Chemiker benannte Lossen-Umlagerung statt. Das Substrat lagert unter Abspaltung eines Acyl-Restes zum Isocyanat um, welches wiederum in wässriger Umgebung zum primären Amin, in diesem Fall PABA, weiter reagiert. Das Team testete eine Reihe von Übergangsmetallverbindungen auf ihre katalytische Aktivität und Bioverträglichkeit. Zu ihrer Überraschung beobachteten sie, dass ein Katalysator nicht nötig zu sein schien. In jedem ihrer Reagenzgläser fand Bakterienwachstum statt.
Und es werde ... Paracetamol
Nach dem Ausschlussprinzip eliminierten sie einen Nährstoff nach dem anderen aus dem Zellkulturmedium und kamen zu dem Schluss, dass die Lossen-Umlagerung durch Phosphat katalysiert wird. Um dem Projekt die Krone aufzusetzen, versuchten sie schließlich, ihre Bakterien dazu zu bringen, einen der weltweit am häufigsten verwendeten Schmerz- und Fieberwirkstoffe zu synthetisieren: Acetaminophen oder Paracetamol.
Dazu klonten die Forscher zwei Enzyme in die Zellen: Eine Aminobenzoathydroxylase und eine Arylamin-N-Acyltransferase. Mit Hilfe dieser beiden Werkzeuge synthetisierten Bakterien nun mit einer Ausbeute von bis zu 92% aus einem Abfallstoff ein Arzneimittel, und das unter milden Bedingungen und ohne toxische Abfallprodukte zu hinterlassen. Eine biotechnologische Meisterleistung!
Literatur
Johnson NW et al. A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli. Nat Chem. 2025 Jun 23. doi: 10.1038/s41557-025-01845-5. Epub ahead of print