Das Projekt "Teil ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glucose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt oder zu Methan oder Synthesegas vergast werden. In diesem Projekt sollen entsprechende stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen.
Das Projekt "BioEnergie 2021 - Optimierung von Energiepflanzen zur vollständigen Nutzung der Biomasse als nachhaltige Energie- und Rohstoffquelle für ILs Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Biologie, Institut für Biologie III durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein nachwachsender Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie. Im beantragten Projekt sollen dementsprechend innovative chemo-enzymatische Aufschlussmethoden für Energiepflanzen entwickelt werden, die einen vollständigen Aufschluss und somit eine effiziente Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und zu Energie ermöglichen. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Aufschlußbedingungen nicht ausreichend stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glukose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt bzw. zu Methan oder Synthesegas vergast werden. Geeignete Cellulasen wurden aus Metagenomen isoliert und werden mittels Gelenkter Evolution in ILS optimiert; geeignete Peroxidasen werden in Metagenomen gesucht und optimiert. In diesem Projekt sollen stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden mit breiten Anwendungsmöglichkeiten, die in den LOEs der beteiligten Unternehmen (EOn; Biomasse) und (Smurfit Kappa; Papierherstellung). Diese potentiellen Anwendungsfelder könnten deutschen Wirtschaftsunternehmen ermöglichen, Energie aus heimischer Biomasse substanziell und international wettbewerbsfähig zu nutzen.
Das Projekt "Die Rolle mikrosomaler Peroxidasen und Monooxigenasen aus Leber und Lunge fuer die mutagene Aktivierung in Vitro von Motorenabgaskomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Würzburg, Institut für Pharmakologie und Toxikologie durchgeführt. Die metabolische Aktivierung von Bestandteilen von Motorenemissionen kann zu gentoxischen (mutagenen und kanzerogenen) Stoffwechselprodukten fuehren. Ein erheblicher Teil der eingeatmeten Fremdstoffe wird vermutlich in der Lunge metabolisiert. Daher soll die Rolle des Fremdstoffmetabolisums der Lunge fuer die Bildung mutagener Metaboliten in Vitro untersucht werden unter Einsatz des Ames-Tests sowie des Postlabelling-Verfahrens zur Bestimmung der DNA-Bindung. Die Leistungen der Lunge sollen mit den entsprechenden Leistungen der Leber verglichen werden. Dabei wird der Metabolisums durch Monooxigenasen sowie durch Peroxidasen erfasst. Letztere spielen in der Lunge vermutlich eine wichtige Rolle. Ziel ist das Verstaendnis der metabolischen Grundlagen fuer Organ-(Lungen-)spezifische Schadwirkungen von Motorenemissionsbestandteilen.
Das Projekt "Wirkungsbezogene Analytik von Umweltschadstoffen mit Rezeptortests - Teil 3: Verknuepfung von oestrogenen Wirkstoffen mit Enzymen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität München, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Oestrogenwirksame Schadstoffe in der Umwelt sollen anhand ihrer biologischen Aktivitaet identifiziert und quantitativ erfasst werden. Hierfuer wird ihre kompetitive Bindung an isolierten Rezeptoren ueber die Verdraengung markierter oestrogener Wirkstoffe bestimmt. Fuer diese Analysenmethode sollen Wirkstoffe synthetisiert werden, die mit Enzymen, insbesondere mit Peroxidasen (HRP), markiert sind, so dass die freigesetzten Wirkstoffe ueber die Enzym-Aktivitaeten quantitativ bestimmt werden koennen. Im folgenden soll dann die Enzym-Markierung durch eine Fluoreszenz-Markierung ersetzt werden, die einen einfacheren und empfindlicheren Nachweis gestattet. Das Ziel der Arbeiten ist es, ein Analysenverfahren zu entwickeln, das es gestattet, in kurzer Zeit eine grosse Zahl an Proben zu untersuchen.
Das Projekt "PeroxyMEER - Erweiterung des Spektrums Peroxygenasen-basierter Hydroxylierungen durch eine Kombination von neuen Enzymen, neuem Metagenom-Screening, Enzym-Engineering und Reaktionstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Internationales Hochschulinstitut Zittau der TU Dresden, Professur für Umweltbiotechnologie durchgeführt. Die selektive Aktivierung von C-H-Bindungen zur Funktionalisierung einfacher Ausgangssubstanzen ist eine chemische Traumreaktion zur Erhöhung der strukturellen Komplexität von Verbindungen in der organischen Synthese. Chemische Methoden für entsprechende Umsetzungen stehen jedoch nur begrenzt zur Verfügung, sodass Biokatalysatoren im Hinblick auf Oxyfunktionalisierungen ein enormes Potential bergen. Dank milder Reaktionsbedingungen, dem Verzicht auf Edel- und Schwermetallkatalysatoren sowie der hohen chemischen Selektivität sind diese biokatalytischen Oxyfunktionalisierungen wirtschaftlich bedeutsam und stellen eine nachhaltige Alternative zu rein chemischen Prozessen dar Obgleich bereits eine ganze Reihe biotechnologisch interessanter Enzyme existiert, die industriell relevante Oxygenierungen katalysieren, können bisher nur wenige Enzyme wegen ihres intrazellulären Vorkommens und komplexer Anforderungen an Kosubstrate und Hilfsproteine technisch eingesetzt werden. Als besonders vielseitige Biokatalysatoren sind in diesem Kontext die Cytochrom-450-Monooxygenasen zu nennen. Die Nutzbarkeit von isolierten P450-Enzymen und anderen Monooxygenasen in der Synthesechemie ist allerdings nur eingeschränkt möglich, da sie häufig schwierig zu isolieren, wenig stabil und ihre Kosubstrate - NADH oder NADPH - teuer sind. In den letzten Jahren wurden hier - unter anderem von den Antragsstellern - mittels Enzym- und Reaktions-Engineering zwar erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der technischen Einsetzbarkeit erreicht, durch die Entdeckung der pilzlichen Peroxygenasen steht nun aber ein komplett neues und vielversprechendes Werkzeug für die Synthesechemie zur Verfügung. Die Peroxygenase des Basidiomyceten Agrocybe aegerita (früher AaP, heute AaeUPO) ist das erste extrazelluläre, Aromaten und Alkane oxygenierende Enzym, das die Selektivität von P450-Enzymen mit der Verwendung des günstigen Kosubstrates Wasserstoffperoxid der Peroxidasen vereint. Inzwischen wurden fünf weitere pilzliche Peroxygenasen beschrieben. Diese Enzyme weisen bereits als Wildtyp-Enzyme ein breites Substratspektrum auf. Beispielsweise wurde gezeigt, dass Peroxygenasen unterschiedlichste aliphatische, aromatische und heterocyclische (u.a. schwefelhaltige) Substrate oxidieren und peroxygenieren können. Die im Vorhaben adressierten Peroxygenasen besitzen eine für oxygenierende Biokatalysatoren bisher ungekannte 'Anspruchslosigkeit' und Vielseitigkeit. Damit stellen diese H2O2-abhängigen Enzyme einen idealen Ausgangspunkt dar, um die beschriebenen Probleme bei der Anwendung der P450-Systeme zu umgehen und so neue und effiziente biokatalytische Hydroxylierungsprozesse zu entwickeln.
Das Projekt "Nachweis von Yersinien mittels enzymmarkierter Lektine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Tiermedizin und Tierhygiene durchgeführt. Lektine sind natuerlich vorkommende Proteine nichtimmunogenen Ursprungs mit der Eigenschaft, ganz spezifisch bestimmte Zucker oder Zuckerverbindungen zu binden. Diese Stoffe finden breite Anwendung in der Blutgruppen- und Tumordiagnostik.Auch in der Mikrobiologie werden Lektine bereits eingesetzt, so zB zur Differenzierung von Bac anthracis und Bac aureus, zur Diagnostik tierpathogener Streptokokken und pathogener Neisseria-Arten. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Peroxidase markierte Lektine zum Nachweis von Yersinia enterocolitica und Yersinia pseudotuberculosis herangezogen werden. Diese Nachweismethode soll eine Alternative zur Serologie darstellen oder diese ergaenzen.
Das Projekt "BioEnergie 2021 - Optimierung von Energiepflanzen zur vollständigen Nutzung der Biomasse als nachhaltige Energie- und Rohstoffquelle für ILs Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Institut für Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie, Abteilung Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen. Cellulasen und Peroxidasen für die industrielle Verwertung von Lignocellulose sind von großem Interesse beim Aufschluss verschiedener Biomaterialen und eine Verwertung ist daher wahrscheinlich (siehe LoI der Fa. Merck).
Das Projekt "Entgiftung von Peroxiden in Fichtennadeln am Schwerpunktstandort Kalkalpen (Wank)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung, Fraunhofer-Institut für Atmosphärische Umweltforschung durchgeführt. Im Untersuchungsgebiet Wank (Bayerische Kalkalpen) sollen Arbeiten zu Stoffwechselveraenderungen fortgesetzt werden, die Nadelverluste der Fichte bewirken. Insbesondere soll die Entgiftungskapazitaet der Nadel gegenueber Luftschadstoffen bestimmt und eine Korrelation zur Schadklasse des Baumes hergestellt werden. Ferner soll der Bedeutung eventueller extracellulaerer Abwehrsysteme nachgegangen werden sowie deren moeglicher Schaedigung. Letztlich soll eine moegliche Kombinationswirkung von Schadstoffen und Witterungsereignissen (Frost) auf die Entgiftungsphysiologie der Nadel untersucht werden. Im wesentlichen sollen dabei an Nadelmaterial von Fichten des Wank-Hoehenprofils die pflanzlichen Schutzsubstrate und -enzyme wie zB Ascorbat, Glutathion, Peroxidase und Enzymaktivitaeten bestimmt werden. Fuer die Absicherung der Messergebnisse werden Wiederfindungsraten bestimmt. Insgesamt liefert das Vorhaben einen Beitrag zur Aufklaerung der Entgiftungsbiochemie der Fichte gegenueber Luftschadstoffbelastung.
Das Projekt "Untersuchungen der direkten und indirekten Wirkungen von Luftschadstoffen auf Wachstum, Qualitaet und Stoffwechsel landwirtschaftlicher Nutzpflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 08 Biologie, Chemie und Geowissenschaften, Institut für Pflanzenökologie (Botanik II) durchgeführt. Results from the ongoing European open-top chamber projekt 'Effects of air pollutants on plants: pysiological and biochemical modifications' have shown that ozone (O3) is the predominating pollutant during the growing season of agricultural crops. Recent research at Giessen has identified spring wheat (Triticum aestivum) as a very sensitive species to O3. Also, several other groups working under the European Protocol used this agronomically important species for their pollutant effect studies during the past seasons. In order to get insight into the mechanisms of the O3 effects it is planned in an additional experiment (1991 growing season) to investigate specific metabolic parameters in foliage of wheat plants. Increase in peroxidative processes as a result of enhanced formation of active oxyradicals are discussed as possible primary causes of pollutant damage in plant tissues. Thus, special emphasis will be laid on the effects of O3 on the components of the antioxidative system of plants.
Das Projekt "IBÖM02: XenoKat: Entwicklung eines biokatalytisch arbeitenden Biofilters auf Basis zellularer metallischer Werkstoffe für den gezielten Abbau von Xenobiotika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht und nehmen dort undefiniert Einfluss; es sind regelrechte anthropogene Fußabdrücke, bestehend aus Schmerzmitteln, Antibiotika, Hormonen und anderen Chemikalien. Die bestehenden Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage diese Frachten vollständig zu eliminieren, sodass diese in die Umwelt gelangen und dort undefiniert Einfluss nehmen können. Untersuchungen an Fischen, Lurchen und Wasserorganismen belegen die Schädigung der Wasserorganismen. Xenobiotika werden auch bereits in den großen Wasserreservoirs der Erde detektiert, die Prognose für die nächsten Jahre zeigt eine 30% Steigerung der Emissionen auf. Im Rahmen des Forschungsprojektes soll ein Filtersystem entwickelt werden, welches Xenobiotika aus belasteten Wässern entfernt. Das Projekt ordnet sich in die zukünftige notwendige vierte Abwasserreinigungsstufe von Kläranlagen ein, um die Ressource Wasser zu schützen. Die Produktidee nutzt immobilisierter Pilzenzyme als Biokatalysatoren. Das Biokat-Filtersystem soll modular aufgebaut, mehrfach regenerierbar und austauschbar gestaltet werden. Es besteht aus einem durchströmten Filtergehäuse und dem Filter- bzw. Trägermaterial, welches aus zellularen biofunktionalisierten metallischen oder keramischen Werkstoffen besteht. Die Materialauswahl und die immobilisierten Enzyme sind entscheidend für den Wirkungsgrad. Im Vordergrund stehen die Laccasen und Peroxidasen aus Basidiomyceten, sie können Xenobiotika insbesondere ringförmige (aromatische) organische Substanzen durch enzymatische Biokatalyse spalten und so leichter biologisch abbaubar machen. Im Rahmen einer ersten Sondierungsphase wurden die Mitstreiter für die Projektidee mit wissenschaftlicher und wirtschaftlicher Fachkompetenz gefunden sowie erste Versuchspläne umgesetzt. Das interdisziplinäre Fachkonsortium besteht aus Biotechnologen, Werkstoffwissenschaftlern, Wasserwissenschaftlern sowie Wirtschaftsingenieuren aus der Praxis. Die positive Evaluierung durch das BMBF wurde erreicht, die Machbarkeitsphase beginnt im Mai 2017.
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