Biochemische Reaktionen in allen lebenden Organismen können nur deshalb störungsfrei ablaufen, weil die Natur im Laufe der Evolution eine gewaltige Vielfalt verschiedener Enzyme geschaffen hat, die diese Reaktionen katalysieren, d.h. die Bildung bestimmter Reaktionsprodukte ermöglichen. Viele dieser Reaktionsprodukte wie Aminosäuren, Alkohole, Zucker, aber auch Antibiotika werden von der Biotechnologie-Industrie im Maßstab von 1000 t /Jahr produziert; das Verkaufsvolumen liegt im Bereich von einigen Milliarden US $ pro Jahr. Daher bildet die Biotechnologie von Enzymen eine der wichtigsten Teildisplizinen der modernen molekularen Biotechnologie; dabei sind sowohl isolierte Enzyme als auch die enzymatischen Leistungen ganzer Mikroorganismen eingeschlossen. Auch für das Leben von Mikroorganismen an Grenzflächen sind funktionsfähige Enzyme einerseits unabdingbare Voraussetzung, andererseits sind viele der beobachtbaren Grenzflächen-Effekte - sowohl erwünschte wie unerwünschte - durch die Wirkung von Enzymen hervorgerufen. Eine ganz besondere Bedeutung gewinnen sie beim Abbau partikulären Materials, ein Prozeß, der für die Selbstreinigung von Gewässern wie auch für die Funktionsweise von Kläranlagen entscheidend ist. Auch die extrazellulären polymeren Substanzen (EPS), die von den Mikroorganismen im Biofilm gebildet werden und sozusagen dessen Gerüstsubstanz bilden, enthalten zahlreiche Enzyme, deren Natur und Wirkungsweise bislang vollkommen unbekannt und unerforscht sind. Sie stehen in funktionaler Wechselwirkung mit anderen Matrix-Bestandteilen und es liegt nahe, dass sie in dieser Matrix effektiver wirken als isoliert. Enzyme werden auch eingesetzt beim Versuch, unerwünschte Biofilme durch den Abbau der Schleim-Matrix zu dispergieren, wobei jedoch wissenschaftliche Grundlagen noch ausstehen.

Die Einrichtung einer Arbeitsgruppe für Molekulare Enzymtechnologie ist erforderlich, um eine effiziente und langfristig erfolgreiche Arbeit des Instituts für Grenzflächen-Biotechnologie zu gewährleisten. Diese Arbeitsgruppe soll unter Anwendung modernster molekularbiologischer Methoden, einschließlich Genom- und Proteom-Analysen, rationalem Proteindesign und gerichteter Evolution, Enzymgene und Enzymproteine isolieren, charakterisieren, in ihrer Funktion optimieren und so deren Einsatz für biotechnologische Verfahren ermöglichen. Dabei sollen schwerpunktmäßig folgende Forschungsgebiete bearbeitet werde:

Die Rolle von Enzymen bei Auf- und Abbau bakterieller Biofilme an Grenzflächen

• Identifizierung, Klonierung und Expression von neuen Enzymgenen
• Reinigung und biochemische Charakterisierung neuer Enzyme
• Optimierung der Funktion dieser Enzyme in vitro und in vivo
• Identifizierung und Charakterisierung von Enzymen, die EPS auf- bzw. abbauen

Biotechnologische Anwendungen bakterieller Enzymen

• Molekularbiologische Optimierung relevanter Eigenschaften von Enzymen
• Präparative Reinigung und Immobilisierung von optimierten Enzymen
• Entwicklung und Patentierung biotechnologisch anwendbarer Verfahren, z.B.
  a) zur enzymatischen Stabilisierung von erwünschten Biofilmen
  b) zur enzymatischen Auflösung unerwünschter Biofilme

Signalübertragung zwischen Bakterien an Grenzflächen

• Identifizierung und Reinigung von Signalmolekülen
• Identifizierung und Klonierung von Enzymgenen, deren Expression durch Signalmoleküle gesteuert wird
• Entwicklung gesteuerter Anwendungen von Signalmolekülen