Das Projekt "Geometrische und elektronische Struktur von (NiFe)- und (FeFe)-Hydrogenasen: H2-Produktivität und O2-Toleranz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie durchgeführt. Teilantrag zum Gesamtantrag 'H2-Designzellen': Für das Design eines Organismus zur lichtgetriebenen Wasserstoffproduktion ist die Verwendung einer hochaktiven, thermostabilen und sauerstofftoleranten Hydrogenasekomponente von essentieller Bedeutung. In diesem Projekt soll die Grundlage für ein Verständnis solcher Hydrogenasen (sowohl des NiFe- als auch FeFe-Typs) gelegt werden durch (1) Kristallisation und Röntgenstrukturanalyse und (2) spektroskopische Untersuchungen (EPR, FTIR) der aktiven Zentren. In Kooperation mit der AG Happe ist geplant, die hochaktiven kleinen (FeFe)-Hydrogenasen aus 2 Grünalgen (Chlorococcus submarinum, Chlamydomonas moewusii) zu untersuchen, ergänzt durch entsprechende Mutanten. Mit der AG Friedrich/Lenz wollen wir die (NiFe)-Hydrogenasen aus Ralstonia eutropha und thermostabilen Knallgasbakterien (Hydrogenophilus (H.) thermoluteolus, H. hirschii) studieren. Die Gene der Hydrogenase-Untereinheiten für den Zusammenbau des aktiven Zentrums und für die Reifungsprozesse müssen dann über Transformation/Konjugation in den Modellorganismus Synechocystis übertragen werden. (1) Im ersten Jahr soll die Kristallisation aller Systeme optimiert werden. Parallel dazu erfolgt die spektroskopische Charakterisierung.(2) Im zweiten Jahr sollten die Röntgenstrukturdaten für die (NiFe)- und (FeFe)-Hydrogenase zur Verfügung stehen als Grundlage für ein Verständnis von O2-Toleranz, Stabilität und Aktivität. Parallel dazu soll für die untersuchten Hydrogenasen der Wirkmechanismus ermittelt werden.(3) Im dritten Jahr sollen Hydrogenasen im Modellorganismus Synechocystis untersucht werden. Die hier geplanten Untersuchungen sind essentiell zur Auswahl geeigneter stabiler Hydrogenasen hoher Effizienz zur Einbringung in den Modellorganismus, der dann nach entsprechenden Tests einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden kann.
Das Projekt "Extromophile Kathodenbiofilme als Power-to-X Biokatalysatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Biowissenschaften, Abteilung Angewandte Biologie durchgeführt. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Produktion von Plattformchemikalien aus CO2 getrieben über den Prozess der mikrobiellen Elektrosynthese. Dafür soll ein Biofilm auf einer Kathodenoberfläche angezogen werden, der aus zwei thermoazidophilen Organismen besteht. Der Primärorganismus nutzt Kohlenstoffdioxid und Elektronen als Kohlenstoff und Energiequelle und produziert daraus Bioplastik (Polyhydroxybuttersäure) und Biomasse. Der zweite Organismus soll diese Komponenten verwerten und daraus Plattformchemikalien produzieren. Der CO2 fixierende Primärorganismus gehört zur Gruppe der Knallgasbakterien und wurde von uns in einem Zeitraum von 3 Jahren aus einem Elektrosynthesereaktor isoliert, den wir mit Proben von Geothermalgebieten inokuliert haben. In einem bis zum 30.09.2019 laufenden BMBF-Projekt haben wir die Möglichkeit erhalten, diesen Organismus genau zu studierenden und einen Prozess um diesen Biokatalysator herum aufzubauen. Wir können Wachstum des Biofilms auf der Kathodenoberfläche bis zu einer Dicke von ca. 200 Mikro m zeigen. Darüber hinaus ist das Wachstum vermutlich limitiert durch die Verfügbarkeit von Elektronen. Zusammen mit der EnBW möchten wir im letzten Drittel des Projektes zeigen, dass der Organismus auch Rauchgas aus dem Rheinhafenkraftwerk Karlsruhe als Kohlenstoffquelle nutzen kann. Für diesen Organismus bauen wir momentan ein genetisches System auf. Im Rahmen dieses Projektes möchten wir einen zweiten Organismus in den Biofilm einpflegen, der Polyhydroxybuttersäure und Biomasse als Substrat benutzt und daraus als Proof Of Principle die Plattformchemikalie Acetoin produziert.