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Die Biosynthese der pflanzlichen Cellulose

Cellulose stellt den am häufigsten vorkommenden Naturstoff unseres Planeten dar. Mit einer pflanzlichen Weltjahresproduktion von ca. 180 Milliarden Tonnen (Engelhardt, j. Carbohydr. Eur. 12, 5-14 (1995)) ist Cellulose der bedeutendste nachwachsende Rohstoff. Dieses Biopolymer findet außer in der Papier-, Pharma- und Textilindustrie in vielen anderen Bereichen (z.B. Medizin, Kosmetik, Kunststoff-Industrie) reichliche Verwendung. Trotz der großen wirtschaftlichen Bedeutung und über drei Jahrzehnten intensiver Forschung ist bisher nicht bekannt, wie Cellulose in der Pflanze gebildet wird. Informationen über die Gene und die dazugehörigen Enzyme, die die Cellulose synthetisieren, würden neue Möglichkeiten eröffnet bis hin zu transgenen Pflanzen mit erhöhtem Cellulosegehalt, einer verbesserten Qualität, aber auch der Entwicklung ganz neuer Herbizide, die gezielt die Cellulosebiosynthese z. B. von Unkräutern inhibieren können. Die Zielsetzung dieses Projektes ist es, die Proteine die an der Cellulosesynthese beteiligt sind, unter Aktivitätserhalt zu isolieren und zu charakterisieren sowie die entsprechenden Gene zu identifizieren, um so erstmals den molekularen Mechanismus der pflanzlichen Cellulosebiosynthese aufzuklären.

Studie zur Produktion von Strohlehmsteinen

Lehmbauweisen sind die aeltesten Massivbauweisen der Welt. Vor allem in den Gegenden, in denen reichhaltige Tonvorkommen und Sande vorhanden sind, wurden in Europa bis in das 19. Jahrhundert hinein luftgetrocknete Lehmsteine fuer sehr preiswerte Wohn- und Nutzbauten eingesetzt. Erst mit der Einfuehrung der industriellen Brenntechnik wurden die Lehmsteine zunehmend durch gebrannte Ziegel abgeloest. In den letzten 20 Jahren erweckte die Lehmbauweise in Deutschland erneut das oeffentliche Interesse. Als natuerlicher Baustoff, der nur geringe Energieressourcen verbraucht, fanden die luftgetrockneten Lehmsteine besonders im Zuge der biologisch-oekologischen Bewegung bei Ingenieuren und Architekten zunehmend Beachtung. Es zeichnen sich dabei zwei Einsatzfelder fuer luftgetrocknete Lehmsteine ab: Neubau bzw. Restaurierung vornehmlich von Fachwerkbauten. Die Vorteile der Lehmbauweise fuer Mensch und Umwelt liegen auf der Hand. So koennen beispielsweise Strohleichtlehmsteine aus regional vorkommenden, nachwachsenden Rohstoffen energie- und umweltschonend hergestellt werden. Darueber hinaus zeichnen sich Lehmhaeuser durch ein hervorragendes physiologisches Raumklima aus. Die Studie 'Produktion von Strohlehmsteinen' soll im Sinne einer Pilotstudie die Voraussetzungen zur Fertigung, Qualifikation und Vermarktung von Strohlehmsteinen aufzeigen. In einer Modellentwicklung werden Chancen fuer die technische und wirtschaftliche Realisierung der Lehmbauweisen dargestellt. Fuer die Bearbeitung der Studie wird eine interdisziplinaere Zusammenarbeit der Fachhochschule Stralsund, Fachbereich Maschinenbau und der Fachhochschule Neubrandenburg, Fachbereich Bauingenieurwesen gemeinsam mit der Oekologischen Beschaeftigungsinitiative Krummenhagen e.V. (OeBIK) durchgefuehrt.

Ersatz von synthetischen Produkten durch umweltfreundliche Naturstoffe. Teil II: Erfassung und Bewertung von synthetischen Wirkstoffen

Eine Reihe industriell, gewerblich oder im privaten Haushalt genutzter Produkte enthaelt zur Zeit noch Bestandteile mit umweltgefaehrdender Wirkung. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl fuer oekologische Chemie, TU Muenchen (Teil 1: 'Erfassung und Bewertung von natuerlichen Wirkstoffen, Substitutionsmoeglichkeiten') war vom IWS in einem 2. Teil der Forschungsaufgabe das Umweltverhalten synthetischer Wirkstoffe zu beurteilen. Als Ergebnis des 2. Teils waren synthetische Wirk- bzw Hilfsstoffe zu identifizieren, die wegen ihrer besonders hohen Umweltschaedlichkeit durch umweltfreundlichere Hilfsstoffe zB natuerlichen (pflanzlichen oder tierischen) Ursprungs ersetzt werden muessen.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1127: Chemische Mediatoren in komplexen Biosystemen, Teilprojekt A04: Rolle von Lipidmediatoren in komplexen Wirt-Mikroben-Interaktionen

Wir untersuchen, wie funktionell unterschiedliche M1- und M2-Makrophagen-Phänotypen miteinander kommunizieren, um mikrobielle Infektionen abzuwehren und die Gewebshomöostase im Wirt wiederherzustellen. Dabei konzentrieren wir uns auf Lipidmediatoren als Signalmoleküle, die durch mikrobielle Exotoxine in Makrophagen gebildet werden und damit Phagozyten und andere Immunzellen steuern. Wir prüfen, ob die gezielte Manipulation von Lipidmediatoren mit Wirkstoffen, insb. Naturstoffe aus anderen Organismen, genutzt werden kann, um zelluläre Wirtsfunktionen so zu modulieren, dass mikrobielle Infektionen effektiv bekämpft werden und die Homöstase wiederhergestellt wird.

Modellversuch Hochwasserrückhaltebecken Bärenstein

Im Rahmen des Hochwasserschutzkonzeptes Nr. 5 (Verbesserung des Hochwasserschutzniveaus im Müglitztal) beabsichtigt der Betrieb Oberes Elbtal der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen die Errichtung eines ökologisch durchgängigen Hochwasserrückhaltebeckens (HRB). Im Osterzgebirge, ungefähr 5,0 km südlich der Ortslage Glashütte, wird dazu ein begrünter Steinschüttdamm mit Asphaltkerndichtung geplant, welcher die Biela im Hochwasserfall noch oberhalb der Mündung in die Müglitz stauen soll. Im Modellversuch sollen zwei Anlagenteile auf ihre hydraulische Leistungs- und Funktionsfähigkeit getestet werden, der Gewässerdurchlass sowie die Hochwasserentlastungsanlage (HWE). Zur Durchleitung der Biela dient ein (b x h) 4,0 x 4,5 m, mit natürlichem Sohlsubstrat versehener Durchlass, der im Hochwasserfall verschlossen werden kann. Während eines Hochwasserereignisses wird stattdessen das Wasser über eine Bypassleitung mit integrierter Gegenstromtoskammer in Dammmitte abgeführt und über ein Wehr wieder in den Gewässerdurchlass eingeleitet. Der Abfluss der Bypassleitung wird über zwei parallel angeordnete Betriebsschützen geregelt. Im Modellversuch (Teilmodell 1) wird die im Damminneren angeordnete Gegenstromtoskammer im Maßstab 1:12 nachgebildet, untersucht und optimiert. Das Teilmodell 2 ist eine im Maßstab 1:20 verkleinerte Nachbildung der geplanten HWE, einer einseitig angeströmten Hangseitenentlastung, bestehend aus dem Einlaufbauwerk, der Sammel-, Übergangs- und Schussrinne, dem räumlichen Tosbecken sowie dem Unterwasserbereich.

Ersatz von synthetischen Produkten durch umweltfreundliche Naturgrundstoffe. Teil I: Erfassung und Bewertung von natuerlichen Wirkstoffen, Substitutionsmoeglichkeiten

Eine Reihe industriell, gewerblich oder im privaten Haushalt genutzter Produkte enthaelt zur Zeit noch Bestandteile mit umweltgefaehrdender Wirkung. In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl fuer oekologische Chemie, TU Muenchen (Teil 1: 'Erfassung und Bewertung von natuerlichen Wirkstoffen, Substitutionsmoeglichkeiten') war vom IWS in einem 2. Teil der Forschungsaufgabe das Umweltverhalten synthetischer Wirkstoffe zu beurteilen. Als Ergebnis des 2. Teils waren synthetische Wirk- bzw Hilfsstoffe zu identifizieren, die wegen ihrer besonders hohen Umweltschaedlichkeit durch umweltfreundlichere Hilfsstoffe zB natuerlichen (pflanzlichen oder tierischen) Ursprungs ersetzt werden muessen.

Nutzung von Herbiziden aus holzzerstörenden Schadpilzen als biologische Alternative zu chemischem Pflanzenschutz, Teilprojekt A

Nutzung von Herbiziden aus holzzerstörenden Schadpilzen als biologische Alternative zu chemischem Pflanzenschutz, Teilprojekt C

Nutzung von Herbiziden aus holzzerstörenden Schadpilzen als biologische Alternative zu chemischem Pflanzenschutz, Teilprojekt B

Biologischer Abbau technisch relevanter Polymere und synthetischer Polymere

Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.

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