Lignocellulose ist ein noch weitestgehend ungenutzter, nachwachsender Rohstoff, dessen industrielle Verwertung im Sinne nachhaltiger Nutzung dringend intensiviert werden muss. Lignocellulose bildet die Zellwand verholzter Pflanzen und dient ihnen als Strukturgerüst. Jedes Jahr entstehen auf der Erde Milliarden von Tonnen Biomasse durch den natürlichen Vorgang der Photosynthese, ein signifikanter Teil dieser Biomasse besteht aus Lignocellulose. Durch die dichte Struktur und Verknüpfung ist Lignocellulose nur schwer zugänglich und findet entsprechend bisher beispielsweise in der chemischen Industrie nur wenig Verwendung. Hier kommen Bioraffinerien ins Spiel, die einen aussichtsreichen Ansatz für eine effiziente Nutzung nachwachsender Rohstoffe darstellen. Der kritische Schritt beim Einsatz von Lignocellulose als Ausgangsmaterial liegt in der enzymatischen Umsetzung zu löslichen Zuckern und Lignin. Die bisher zur Anwendung kommenden Enzyme sind bei weitem nicht optimal und es besteht die Notwendigkeit für effizientere und robustere Enzyme für den Lignocelluloseabbau. Der Schiffsbohrwurm ist trotz seines Namens kein Wurm, sondern eine Muschel-Art mit wurmartig gestrecktem Körperbau. Er ist ein sehr robuster Meeresbewohner, der weltweit ernste Schäden an jeglichem im Meerwasser befindlichen Holz verursacht. Von besonderem Interesse ist der Verdauungstrakt, indem das zerkleinerte Holz mittels spezieller Enzyme abgebaut wird, welche von einer Gemeinschaft symbiontischer Mikroorganismen im Kiemengewebe sekretiert werden. Diese symbiontischen Mikroorganismen sind auf die Verwertung von Lignocellulose spezialisiert und erreichen dies durch einen besonderen Enzymcocktail in einer definierten physiochemisch-stabilen Umgebung. Durch Identifizierung und Untersuchung der daran beteiligten Gene und Enzyme haben wir die Möglichkeit, im Hinblick auf einen effizienten und nachhaltigen enzymatisch katalysierten Lignocelluloseabbau einen großen Schritt vorwärts zu kommen.
ProBone hat zum Ziel, neue Methoden für die Erforschung von marinen Mikroorganismen hinsichtlich ihrer Fähigkeit zum enzymatischen Abbau von Knochen anzuwenden. Es besteht eine steigende Nachfrage in der Entwicklung neuer Wertschöpfungsketten basierend auf den proteinreichen Knochenabfällen der Fleisch- und Geflügelindustrie. Die enzymatische Hydrolyse stellt einen vielversprechenden Ansatz für die Entwicklung neuer Produkte für die Abfallverwertung dar. Bisher ist aber noch kein Durchbruch gelungen, da kommerziell verfügbare Enzyme bislang nicht in der Lage sind, die widerstandsfähigen Knochenbestandteile abzubauen. ProBone fokussiert sich unter Berücksichtigung industrieller Anforderungen auf die zielgerichtete Entdeckung von hydrolysierenden Enzymen. Dieser Ansatz wird mittels Identifizierung und Gewinnung von Genen und Enzymen aus marinen nicht-kultivierbaren knochenabbauenden Mikrobiomen (definiert als Gesamtheit Knochen-besiedelnder Mikroorganismen) verfolgt. Das biotechnologische Potential des knochenabbauenden Mikrobioms ist bisher weitgehend unerforscht. Daher wird ProBone ein innovatives Repertoire an Omik' Technologien (Genomik, Transkriptomik, Proteomik) sowie Methoden der synthetischen Biologie zur Verfügung stellen, um die Entdeckung aktiver knochenabbauender Enzyme zu fördern und den Wissenstransfer von der Entdeckung zur industriellen Anwendung zu forcieren. Ein international aufgestelltes Konsortium von Wissenschaftlern aus den Bereichen Meeresbiologie, Mikrobiologie, Bioinformatik und Biochemie wird Arbeitsabläufe entwickeln, der sowohl zur Entdeckung von Genen neuer Enzyme als auch zu wegweisenden Fortschritten in der biotechnologischen Herstellung durch rekombinanter Expression (Transfer der Gene und Produktion der Enzyme in einem Produzentenstamm) und in Aktivitätsbewertungen von Enzymen führen wird. Diese Entwicklungen werden dazu beitragen, neue, maßgeschneiderte Enzyme für die aufstrebende marine Bioökonomie zu identifizieren.
Die zwischenstaatliche Organisation CIESM (Commission International pour lExploration Scientifique de la Mèr Mediterranee) mit Sitz in Monaco koordiniert die wissenschaftliche Erforschung des Mittelmeeres und des Schwarzen Meeres. CIESM wurde bereits 1910 auf Anregungen des Kieler Professors Otto Krümmel sowie des Italieners Decio Vinciguerra gegründet. Die Schirmherrschaft übernahm Albert I, Fürst von Monaco, gefolgt von Albert II. Die Bundesrepublik Deutschland ist seit 1969 Mitglied von CIESM. CIESM leistet einen wichtigen Beitrag bei der Vorbereitung und Abstimmung von Forschungsaktivitäten, unterstützt den wissenschaftlichen Erfahrungsaustausch durch Workshops und koordiniert wissenschaftliche Programme und Infrastruktureinsätze für ausgewählte thematische Fragestellungen. Die regelmäßige Präsenz deutscher Forschungsschiffe dokumentiert das erhebliche Interesse deutscher Wissenschaftsgruppen an der Erforschung der beiden Meeresregionen Mittelmeer und Schwarzes Meer. Seit 2002 hat GEOMAR den Auftrag übernommen, die Bundesrepublik Deutschland bei CIESM zu repräsentieren. GEOMAR unterstützt kontinuierlich diese nationale Aufgabe mit Personalmitteln (Nationaldelegierter und Unterstützung eines Sekretariats) und berichtet jährlich dem BMBF und der Senatskommission für Ozeanographie. CIESM organisiert im dreijährigen Rhythmus internationale Tagungen, die von den einzelnen Mitgliedsstaaten ausgetragen werden. Deutschland hat sich um die Ausrichtung des CIESM Kongresses 2016 erfolgreich beworben. Der 41. CIESM Kongress wird in der Zeit vom 12. bis 16. September 2016 in Kiel stattfinden. Die wissenschaftliche Tagung wird mehrere Großthemen umfassen: - Marine Geowissenschaften - Physik und Klima des Mittelmeeres - Marine Biogeochemie - Marine Mikrobiologie und Biotechnologie - Lebende Ressourcen und marine Ökosysteme - Küstensysteme und Meerespolitik. Alle diese übergeordneten Themen werden in mehrere Einzelthemen aufgegliedert, so dass gegenwärtig von 70 Teilsessions ausgegangen werden kann. Am Standort Kiel werden das Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung GEOMAR zusammen mit der Christian Albrechts Universität zu Kiel die Vorbereitung des Kongresses übernehmen.
Ziele: Das Verbundvorhaben dient dem Zweck, neue Wege zur schonenden und nachhaltigen Nutzung der Rohstoffquelle Schwamm zu entwickeln. Naturstoffe aus marinen Schwämmen und ihren Mikroorganismen stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Neben der artgenauen Bestimmung der Schwämme und der in ihnen siedelnden Mikroorganismen werden Experimente zur Zucht der Schwämme im Labor und in Marikulturen durchgeführt. Weitere Arbeiten konzentrieren sich auf die Isolierung und Charakterisierung pharmakologisch interessanter Wirkstoffe. Ebenso werden Verfahren entwickelt, um die bioaktiven Komponenten mit Hilfe von Schwammgenomanalysen oder chemischer Synthese dar zu stellen. Eine von den beteiligten Wissenschaftlern gegründete Verwertungsgesellschaft stellt die schnelle Umsetzung der Forschungsergebnisse in industrielle Anwendungen sicher.
Das Verbundvorhaben dient dem Ziel, neue Wirkstoffe für die Bereiche Anti-Infektiva, Onkologie und Immunologie zu entwickeln. Dazu wird eine Technologie zur Erfassung und Abbildung des Metagenoms mariner Habitate entwickelt sowie heterologe Expressionssysteme zur Produktion neuartiger Wirkstoffe etabliert. Ebenso sollen automatisierte Screening Systeme aufgebaut und eingesetzt werden. Ebenso sollen neue zelluläre Assay-Systeme zur Anwendung kommen. Die biologische Aktivität strukturaufgeklärter Reinsubstanzen wird über ein Netzwerk an Kooperationen weiterentwickelt. Leitstrukturen, von deren Weiterverfolgung BRAIN absieht, werden auslizensiert. Ist keine eigene Verwertungsmöglichkeit erkennbar, folgt Eingabe der betreffenden Substanzen in den Naturstoff-Pool.