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Bioprozesstechnik
Die Bioprozesstechnik entwickelt neue Prozesse zur Herstellung von Wert- und Wirkstoffen mit biotechnologischen Werkzeugen. Hierzu werden isolierte Enzyme, Enzymkaskaden und Ganzzellsysteme als Biokatalysatoren eingesetzt. Die Charakterisierung startet beim Screening und geht bis zur Bioprozessentwicklung.
Forschungsthemen
Der Hauptvorteil der Biokatalyse ist die hervorragende Regio- und Stereospezifität. Biokatalysatoren haben sich als effiziente Katalysatoren für Reaktionen erwiesen, die ansonsten harte Reaktionsbedingungen erfordern, wie z. B. C-H-Hydroxylierungen. Im Allgemeinen können Biokatalysatoren als Enzyme in zellfreien Systemen oder als die ganze Zelle als Katalysator eingesetzt werden. Zellfreie Systeme werden häufig für einstufige Biotransformationen verwendet, während Ganzzellsysteme für Fermentationen oder wenn die Regeneration von Cofaktoren erforderlich ist, eingesetzt werden.
Metabolomics
Die Entdeckung neuartiger Sekundärmetaboliten und die Aktivierung stiller Gencluster in Bakterien mit Hilfe des "One strain many compounds"-Ansatzes durch Anwendung von Metabolomics-Screening-Strategien steht im Mittelpunkt dieses Forschungsbereiches.
Genome Mining & Enzymscreening
Im Jahr 2004 wurde im Basidiomyceten Agrocybe aegerita eine neue Häm-Thiolat-Peroxidase entdeckt, die von Natur aus ein breites Spektrum an oxidativen Umwandlungen katalysiert.Dieser neuartige Enzymtyp, der als unspezifische Peroxygenasen (UPOs, EC 1.11.2.1) klassifiziert wird, ist im gesamten Pilzreich zu finden und kombiniert den katalytischen Zyklus der Häm-Peroxidasen mit dem "Peroxid-Shunt" der Cytochrom-P450-Monooxygenasen (CYPs). Im Allgemeinen übertragen die promiskuitiven Biokatalysatoren ein Sauerstoffatom von Wasserstoffperoxid auf zahlreiche Substrate und sind daher besonders vielversprechend für Anwendungen, bei denen es um die selektive Oxyfunktionalisierung von organischen Molekülen geht.
Ziel dieses Projekts ist die Anwendung eines Algorithmus zur Optimierung einer in vitro-Enzymkaskade. Die in dieser Studie verwendete Modellkaskade produziert Terpene, eine Klasse von Naturprodukten mit einer Vielzahl von Anwendungen. Um die optimalen Bedingungen für die gesamte Reaktionskaskade zu finden, wird ein iterativer Ansatz angewandt, bei dem Informationen über das System im Labor generiert und neue Reaktionsbedingungen durch Kriging vorgeschlagen werden.
Phosphatrecycling zielt darauf ab die Nachhaltigkeit der Phosphatnutzung zu verbessern und die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Phosphaterzen zu verringern. Gleichzeitig kann durch eine gezielte Kreislaufwirtschaft die Umweltbelastung reduziert werden. [1]
Das Forschungsprojekt konzentriert sich auf einen biotechnologischen Ansatz, bei dem mithilfe eines fadenförmigen Bakteriums das Phosphat aus sekundären Quellen wie Rohgülle und kommunalen Abwässern entzogen wird. Anschließend wird das Phosphat über einen geeigneten Downstream aufbereitet und wieder für die Kreislaufwirtschaft bereitgestellt.
Das Mineral wird von den Bakterien aus dem umgebenden Medium aufgenommen und als Polyphosphat eingelagert. Unter spezifischen Bedingungen geben die Bakterien dieses wieder als Orthophosphat in die Umgebung ab. Dieser Mechanismus dient als Basis der technischen Anwendung. Ziel der Forschung ist es, die erforderlichen Bedingungen genau zu definieren, zu optimieren und in eine effiziente Prozessentwicklung einfließen zu lassen.
Das Konzept wurde auf den Namen PhosFad getauft und entstammt aus einer Masterveranstaltung im Bio- und Chemieingenieurwesen. Das Team, welches hinter der Entwicklung steht, besteht aus Jan Seemann, Fabienne Ryll, Abirtha Suthakar und Ronja Weidemann. Zusammen hat das Team mit ihrer Idee bereits an zwei Wettbewerben teilgenommen und erfolgreich in beiden den 2. Platz belegt. Durch das positive und motivierende Feedback der Fachjuroren geht die Reise für das Team weiter. Aktuell arbeiten sie an der Machbarkeitsstudie, die oben thematisch beschrieben ist.
[1] Statuspapier – Phosphatrückgewinnung, ProcessNet, 2017, https://dechema.de/dechema_media/Downloads/Positionspapiere/Statuspap_Phosphat_2017_FINAL_NOV-p-20003290.pdf, abgerufen am 2.2.2024
Gut zu wissen
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Dr. Andreas Karau war im Rahmen der Vorlesungreihe „Weiße Biotechnologie; Stammoptimierung und Fermentation“ zusammen mit Studierenden im Bachelor-…
Glückwünsche zur Promotion
„Targeted Metabolomics for Strain and Bioprocess Development for Heterologous Microbial Monolignol and Lignan Synthesis“
Zwei neue Publikation sind in Zusammenarbeit mit Prof. Katrin Rosenthal (Constructor University) und Prof. Markus Nett (TU Dortmund) erschienen.
“Molecular Networking-Guided Discovery of Kyonggic Acids in Massilia spp.”
“Fluent Integration of Laboratory Data into Biocatalytic Process…
Klima: Wandel, Werte, Wissenschaft
Dr. Ruben Schauer berichtet am 02.02.24 über den Fahrplan zur strategischen Energiewende der Stadt Dortmund mit anschließender Podiumsdiskussion.
Biozentrum
Das Biozentrum der Fakultät BCI ist ein Zusammenschluss der Bioprozesstechnik, der Technischen Biochemie und der Technischen Biologie.
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Im DECHEMA-BioTechNet finden Fachleute aus akademischer Forschung und Industrie ein Forum für Kooperationen und interdisziplinären Gedankenaustausch.