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Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Bioinformatik und Systembiologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.

Teilprojekt F

Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit, Lehrstuhl für Chemie Biogener Rohstoffe durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes technisches Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Biofilm Centre, Molekulare Enzymtechnologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering').Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.

IBÖ-04: Fettsäuren-sekretierende Algen/Cyanobakterien

Das Projekt "IBÖ-04: Fettsäuren-sekretierende Algen/Cyanobakterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Department Biologie I, Bereich Mikrobiologie durchgeführt. Reduzierte Kohlenstoffverbindungen (z.B. Fette und Öle) finden Verwendung als Treibstoffe, als Nahrung und als Schmierstoffe. Algen und Cyanobakterien synthetisieren Lipide bzw. Fettsäuren in erheblichem Ausmaß, wobei die benötigte Energie via Photosynthese aus dem Sonnenlicht gewonnen wird. Ziel dieses Projekts ist die Konstruktion von Algen/Cyanobakterien Stämmen, die Fettsäuren in die Umwelt sekretieren. Die Charakterisierung des Fettsäure-Exporter Proteins FAX1 aus Chloroplasten von Arabidopsis thaliana durch die AG Philippar (LMU München) erlaubt erstmals einen gentechnologischen Ansatz, um dies zu erreichen. Es ist vorgesehen, FAX1 und FAX1-ähnliche Transportergene in Grünalgen/Cyanobakterien einzubringen und die entsprechenden Transporterproteine in die Plasmamembranen zu inserieren. Solche transgenen Linien würden Fettsäuren ins Medium sekretieren, was deren zell-freie Isolierung erlauben würde und somit die entscheidenden Kostenfaktoren Ernte und Zellaufschluss umgehen würde. Folgende Aspekte werden in der Sondierungsphase bearbeitet: -Erlaubt die genetische Modifizierung von Algen/Cyanobakterien mittels eines Fettsäuretransporters die Sekretion von Fettsäuren ('proof of principle')? -Welche Fettsäuren werden exportiert und wie lassen sie sich wirtschaftlich nutzen? -Entwicklung weiterführender Konzepte für die Veränderung des Fettsäuremusters ( 'metabolic engineering') -Wie ist die gesellschaftliche Akzeptanz transgener Algenlinien? -Ist eine begleitende Risikoforschung notwendig? -Aufbau eines Netzwerks zur Realisierung der wirtschaftlichen Nutzung (Forschung: Zusätzliche Expertise im Bereich Biochemie von Transportern (AG Philippar); Industrie: Marktbasierte Recherche zur Verwertung produzierter Fettsäuren, z.B. als Schmiermittel (Zusage der Fa. Klüber Lubrication)) -Sondierung möglicher konkurrierender Technologien -Entwicklung einer Patentstrategie

Zuckerbasierte L-Histidin-Biosynthese mit Corynebacterium glutamicum

Das Projekt "Zuckerbasierte L-Histidin-Biosynthese mit Corynebacterium glutamicum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Ziel von Hitchcog ist die Entwicklung eines zuckerbasierten Produktionsprozesses zur Herstellung von L-Histidin, einer aufwendig herzustellenden Aminosäure, die gerade für pharmazeutische Anwendungen ein sehr hohes Anwendungspotenzial besitzt. Hitchcog verfolgt das Ziel, über neue Methoden wie z.B. multivariates Metabolic Engineering die hohe Kohlenstoffökonomie zu erreichen. Dabei werden in einem iterativen Ansatz aus Stammentwicklung und Metabolomanalysen, zur Identifizierung von sensitiven Flusskontrollschritten, hoch effiziente L-Histidin Produktionsstämme entwickelt. Dank der engen Symbiose zwischen dem akademischen Partner IBVT und dem Firmenpartner Evonik Industries AG ist sichergestellt, dass bereits im Labor das Potenzial der neuen Produktionsstämme quantitativ bewertet, prozesstechnisch umgesetzt und schlussendlich erfolgreich in den Produktionsmaßstab transferiert werden kann. Ziel ist die Realisierung eines L-Histidin Produktionsprozesses beim Firmenpartner. Das Vorhaben gliedert sich in 2 Teilbereiche: 1) Iterative Stammentwicklung durch Metabolic Engineering-Studien wie Metabolomanalysen und multivariates Metabolic Engineering. 2) Bioprozessentwicklung unter industrie-relevanten Prozessbedingungen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist, Gase und Gasgemische als neue Kohlenstoffquelle für mikrobielle Fermentationsverfahren nutzbar zu machen und so Rohöl-basierte Produktionsprozesse zu ersetzen. Dafür sollen anaerobe, autotrophe, acetogene Bakterien der Gattung Clostridium sowie aerobe, CO-oxidierende (carboxydotrophe) Bakterien der Gattung Oligotropha genetisch so modifiziert werden, dass mit ihnen aus Synthesegas oder Synthesegas plus O2 Basischemikalien und/oder Biokraftstoffe hergestellt werden können. Die anvisierten Produkte sind Isobutanol, Hexanol, 1,4-Butanol und 1,6-Hexanol. Das Ziel soll über die Entwicklung von molekularbiologischen Methoden für die Organismen und über 'metabolic engineering'-Ansätze, d.h. durch Expression von Genen für neue Synthesewege, durch Ausschalten von Konkurrenz-Stoffwechselwegen und über iterative Optimierung der Produktionsstämme erreicht werden. Das Vorhaben ist in vier Teilprojekte unterteilt: (A) Konstruktion und Analyse isobutanolbildender autotropher, acetogener Bakterienstämme. (B) Konstruktion und Analyse eines isobutanolbildenden aeroben, carboxydotrophen Bakterienstammes. (C) Konstruktion und Analyse von hexanol- und hexandiolbildenden, anaeroben acetogenen Bakterienstämmen (ggf. auch eines aeroben Carboxydotrophen). (D) Konstruktion und Analyse von 1,4-Butandiol-bildenden anaeroben, acetogenen und aeroben, carboxydotrophen Bakterienstämmen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Das vorgestellte Projekt an der Universität Stuttgart hat zum Ziel, Synthesegas bzw. das darin enthaltene Kohlenmonoxid (CO) als attraktive Kohlenstoffquelle für gasbasierte Fermentationen zur Herstellung von Wertstoffen zu untersuchen. Einerseits soll dies in Form durch anaerobe Synthesegasfermentationen geschehen, andererseits soll der Ansatz der oxidativen CO-Nutzung getestet werden. Während ersteres auf vom Projektpartner Ulm bereitgestellten Clostridien-Stämme basiert, soll für die zweite Anwendung die Eignung von Oligothropha carboxydovorans evaluiert werden. Da der angedachte Produktionsstamm bislang nur unzureichend untersucht ist, sind hierfür grundlegende mikro- und molekularbiologische Arbeiten notwendig. Im Fall der Synthesegaskultivierung mit Clostridien, können die Forschungsarbeiten auf einer breiteren Wissensbasis aufbauen, doch ist diese im Vergleich zu etablierten Systemen wie z.B. Escherichia coli weitgehend unzureichend. Daher sollen Systems Metabolic Engineering Arbeiten mehr Klarheit über intrazelluläre Abläufe liefern und entsprechende Prozesssimulationen die Machbarkeit eines industriellen Produktionsansatzes evaluieren. Das Vorhaben gliedert sich in 3 Teilbereiche:1) Stammentwicklung zur carboxydotrophen aeroben Wertstoff-Produktion 2) Bioprozessentwicklung mit C. ljundgahlii und C. ragsdalei auf der Basis metabolischer Stoffwechselmodellierung 3) Auslegung von Synthesegasbioreaktoren durch gekoppelte Kinetik-Population-CFD Modelle.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Biologie II, Bereich Mikrobiologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering').Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.

Teilprojekt G

Das Projekt "Teilprojekt G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von enzymeta GmbH durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes technisches Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.

Biodiesel aus Lignocellulose durch Metabolic Engineering eines Basidiomyceten

Das Projekt "Biodiesel aus Lignocellulose durch Metabolic Engineering eines Basidiomyceten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Die prinzipielle Produktion von Fettsäureethylestern (Biodiesel) über intrazellulär gebildete Fettsäuren ist in Escherichia coli umgesetzt worden. Dabei werden nur geringe Konzentrationen erreicht. In diesem Projekt wird daher ein Pilz eingesetzt werden, der nicht nur für gentechnische Arbeiten gut zugänglich ist, sondern von Natur aus einen sehr guten Fettsäureproduzenten darstellt. Projektziel ist die Entwicklung eines leistungsfähigen Stammes, welcher als Substrat land- und forstwirtschaftliche Reststoffe verwerten kann. Der Prozess soll mit hoher Ausbeute und hoher Produktivität realisiert werden. Um die Prozesskosten gering zu halten, wird ein effektives Aufreinigungsverfahren entwickelt werden. In dem Projekt wird zunächst ein gentechnisch veränderter Stamm entwickelt, welcher größere Mengen an Fettsäureethylestern (FSEE) produzieren wird. Die Entwicklung eines optimalen Upstream- und Downstream-Prozesses wird eine ökonomisch sinnvolle Herstellung ermöglichen. Zunächst erfolgt die Stammentwicklung, der Stoffwechsel wird manipuliert zur Bildung von FSEE. Weiterhin erfolgt eine Prozessentwicklung 'Upstream', also die Bestimmung optimaler Fermentationsparameter und die Realisierung eines Scale-Up. Schließlich wird noch die Aufarbeitung optimiert, um das Produkt mit hoher Ausbeute und in hoher Qualität zu erhalten.

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