Bioprozesstechnik

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.

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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.

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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.

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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