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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.
Das Forschungsprojekt etabliert einen biotechnologischen Ansatz zum Phosphatrecycling, bei dem mithilfe eines fadenförmigen Bakteriums das Phosphat aus sekundären Quellen wie Rohgülle und kommunalen Abwässern zurückgewonnen und wiedergenutzt werden kann. Diese nachhaltige Phosphatnutzung vermindert die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Phosphaterzen und verringert gleichzeitig die Umweltbelastung durch eine neue Phosphat-Kreislaufwirtschaft.
In unserer heutigen Gesellschaft sind Kunststoffe allgegenwärtig und die Nachfrage nach Kunststoffen ist sukzessive gestiegen. Sogenannte „biologisch abbaubare“ Kunststoffe erfüllen die Anforderung an die Nachhaltigkeit. In Hinblick auf eine nachhaltige Bioökonomie sollten Biokunststoffe daher vorzugsweise sowohl biologisch abbaubar als auch biobasiert sein, um nicht nur der Umweltverschmutzung, sondern auch der Klimaerwärmung durch Dekarbonisierung entgegenzuwirken.
Die Entwicklung von Bioprozessen erfordert das Screening geeigneter Biokatalysatoren in Hochdurchsatz-Screening-Systemen.Der in der Regel geschwindigkeitsbeschränkende Schritt bei der Generierung von Biokatalysatorbibliotheken ist die heterologe Expression und die Proteinaufreinigung. Die Verwendung der zellfreien Proteinsynthese (CFPS) in einem automatisierten Setup kann diesen Engpass umgehen und die Effizienz der Bioprozessentwicklung erhöhen.
Gut zu wissen
Microtiter Plate Cultivation Systems Enable Chemically Diverse Metabolic Footprints During Bacterial Natural Product Discovery
Glückwünsche zur Promotion
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Neuer Mitarbeiter ab 1. Januar 2025
Biozentrum
Das Biozentrum der Fakultät BCI ist ein Zusammenschluss der Bioprozesstechnik, der Technischen Biochemie und der Technischen Biologie.
Dechema
Im DECHEMA-BioTechNet finden Fachleute aus akademischer Forschung und Industrie ein Forum für Kooperationen und interdisziplinären Gedankenaustausch.