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IBÖM02: XenoKat, Entwicklung eines biokatalytisch arbeitenden Biofilters auf Basis zellularer metallischer Werkstoffe für den gezielten Abbau von Xenobiotika

Entwicklung der small laccase zur Anwendung in biokatalytischen Reaktionen und Oberflächenfunktionalisierung

Optimierte Überführung der Cellulose und Hemicellulose von Getreidestroh in Zuckermonomere durch den kombinierten Einsatz der Thermodruckhydrolyse und neuartiger Enzymquellen, Teilvorhaben 3: Cellulose-abbauende Archaea

Um den Aufschluss der Lignocellulose aus Getreidestroh kostengünstiger und effizienter zu machen sollen mikrobieller Enzyme wie Cellulasen, Hemicellulasen, Laccasen und Peroxidasen aus extremophilen Mikroorganismen (vorwiegend Archaea) isoliert werden. Die DSMZ besitzt weltweit die umfangreichste Sammlung extremophiler Mikroorganismen. Das Temperaturoptimum der Cellulaseenzyme dieser extremophilen Organismen liegt oft bei etwa 80 Grad C, was u.a. die Gefahr einer Kontamination mit anderen mesophilen Bakterien reduziert. Dadurch wird sich die Ausbeute an Zucker und damit in Folge auch die Bioethanolproduktion erhöhen. Um das Ziel zu erreichen, wird die DSMZ zunächst extremophile Organismen auf ihre cellulolytische Aktivitäten hin untersuchen und dem Verbundpartner SeqLab zur DNA-Sequenzierung zur Verfügung stellen. Außerdem wird die DSMZ SeqLab bei der Suche nach cellulolytischen Genen, die durch Metagenomanalyse von Umweltproben erhalten wurden, mit ihrer Bioinformatik unterstützen. Die Neuisolate der cellulolytischen Mikroorganismen werden von der DSMZ in Reinkultur genommen, chemotaxonomisch charakterisiert und unter besonderer Berücksichtigung der metabolischen Eigenschaften phänotypisiert werden. Dies ist notwendig um die Neuisolate valide benennen zu können. Die axenischen Kulturen der identifizierten Stämme werden an der DSMZ durch Gefriertrocknung und Lagerung konserviert, damit sie für die Herstellung von Enzymen zur Verfügung stehen.

Biotechnologische und verfahrenstechnische Modifikation von ein- und mehrjaehrigen Lignocellulosen fuer die Herstellung biologisch abbaubarer Werkstoffe

Wissenschaftliche Zielstellung: Gewinnung verallgemeinerungsfaehiger Erkenntnisse hinsichtlich - Wirkung von Pilzen (Braunfaeulepilze, Weissfaeulepilze) bei der Modifikation ('Aktivierung') mechanisch/thermisch aufgeschlossener Lignocellulosen mittels Feststofffermentation, - Wirkungsmechanismus der Enzyme (insbesondere Laccase, Hemicellulasen, Cellulasen) bei der Aktivierung des Lignins, - Korrelation des Aufschlussverfahrens mit der Wirkung von Pilzen/Enzymen auf die Aktivierung des Lignins, - Einfluss des Aufschlussverfahrens auf die Eigenschaften der Lignocelluloseverbundwerkstoffe, - methodischer Fortschritt auf dem Gebiet der Feststofffermentation, insbesondere Fermentation von Pilzen auf Lignocellulosen, - Gewinnung von Erkenntnissen zum Aufschluss von Lignocellulosen mittels der Mikrowellentechnik im Vergleich zum Steam-Explosionsverfahren (einschliesslich einer Abschaetzung zur prinzipiellen Realisierbarkeit im technischen Massstab). Wirtschaftliche Zielstellung: Die gewonnenen Erkenntnisse sollen nutzbar sein fuer die - Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien Lignocelluloseverbundwerkstoffen mittlerer bzw. niedriger Dichte, - Entwicklung von bindemittelfreien Verbundwerkstoffen mit hartholz- und/oder kunststoffaehnlichen Eigenschaften durch Hochdruckverdichtung und fuer die, - Optimierung bereits bestehender Verfahren (z.B. Faserplattenherstellung).

FSP-Klebstoffe: Biomimetischer Klebstoff aus ligninhaltigen Pflanzenresten (BioBond), Teilvorhaben 1

Obwohl inzwischen ein großer Anteil an Werkstoffen als Recycling-fähige Variante verfügbar ist, wurde deren Fügung meist nicht berücksichtigt. Somit ist das fertige Produkt oft ein Hybrid aus rezyklierbaren petrochemischen Materialien und Klebemitteln, die diese Verbinden. Daraus ergibt sich in dem angestrebten Projekt das Ziel, einen Klebstoff auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln. Zur Erreichung der notwendigen Haftfähigkeit ist die Kombination der strukturellen Vorteile von Lignin und einer Nachahmung biologischer Haftkräfte vorgesehen. So soll ein neuer biomimetischer Klebstoff entwickelt werden, der zum größten Teil aus Pflanzenresten besteht. Ein besonderer Vorteil des neuen Materials wäre dessen biologische Abbaubarkeit. Trotz der prinzipiellen Einsatzbarkeit von Lignin als Klebstoff kann das Material zurzeit nicht mit petrochemischen Derivaten konkurrieren. Dies ist insbesondere in einer geringen Haftung an glatten Oberflächen begründet. Aus diesem Grund ist eine Kombination der Ligninstruktur mit der primären Komponente von Muschelklebern, dem 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA), vorgesehen. DOPA zeigt sehr guten Hafteigenschaften. Durch die Kombination beider Stoffklassen können zwei leistungsfähige natürliche Bindungsmittel genutzt werden, um einen neuen, biologisch abbaubaren Klebstoff zu erschaffen. Es wird zunächst eine biokatalytische Kopplung des DOPA mit Lignin unter Einsatz von Laccasen verfolgt. Dies beinhaltet die Identifizierung geeigneter Laccasen, sowie Untersuchungen von Mediatoren in Bezug auf ihr Redoxpotential und Diffusivität. Ferner sind detaillierte Studien zum Reaktionsverlauf der Bindung und eine analytische Erfassung der gebildeten Produkte vorgesehen. Neben der Entwicklung des Klebstoffs muss auch eine auf die Verbundmaterialien abgestimmte Oberflächenvorbehandlung entwickelt werden, die eine optimale Haftung des Klebstoffes. Dies wird im Rahmen von Untersuchungen zu Materialvorbehandlungen und Fügefestigkeiten erreicht.

FSP-Klebstoffe: Biomimetischer Klebstoff aus ligninhaltigen Pflanzenresten (BioBond), Teilvorhaben 2

Obwohl inzwischen ein großer Anteil an Werkstoffen als Recyclingfähige Variante verfügbar ist, wurde deren Fügung meist nicht berücksichtigt. Somit ist das fertige Produkt oft ein Hybrid aus rezyklierbaren petrochemischen Materialien und Klebemitteln, die diese Verbinden. Daraus ergibt sich in dem angestrebten Projekt das Ziel, einen Klebstoff auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu entwickeln. Zur Erreichung der notwendigen Haftfähigkeit ist die Kombination der strukturellen Vorteile von Lignin und einer Nachahmung biologischer Haftkräfte vorgesehen. So soll ein neuer biomimetischer Klebstoff entwickelt werden, der zum größten Teil aus Pflanzenresten besteht. Ein besonderer Vorteil des neuen Materials wäre dessen biologische Abbaubarkeit. Trotz der prinzipiellen Einsatzbarkeit von Lignin als Klebstoff kann das Material zurzeit nicht mit petrochemischen Derivaten konkurrieren. Dies ist insbesondere in einer geringen Haftung an glatten Oberflächen begründet. Aus diesem Grund ist eine Kombination der Ligninstruktur mit der primären Komponente von Muschelklebern, dem 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA), vorgesehen. DOPA zeigt sehr gute Hafteigenschaften. Durch die Kombination beider Stoffklassen können zwei leistungsfähige natürliche Bindungsmittel genutzt werden, um einen neuen, biologisch abbaubaren Klebstoff zu erschaffen. Es wird zunächst eine biokatalytische Kopplung des DOPA mit Lignin unter Einsatz von Laccasen verfolgt. Dies beinhaltet die Identifizierung geeigneter Laccasen, sowie Untersuchungen von Mediatoren in Bezug auf ihr Redoxpotential und Diffusivität. Ferner sind detaillierte Studien zum Reaktionsverlauf der Bindung und eine analytische Erfassung der gebildeten Produkte vorgesehen. Neben der Entwicklung des Klebstoffs muss auch eine auf die Verbundmaterialien abgestimmte Oberflächenvorbehandlung entwickelt werden, die eine optimale Haftung des Klebstoffes auf den Materialien gewährleistet. Dies wird im Rahmen von Untersuchungen zu Materialvorbehandlungen und Fügefestigkeiten bei technisch relevanten Materialien erreicht.

Förderschwerpunkt Biotechnologie: ChemBioTec: Identifizierung, Erforschung und rekombinante Herstellung innovativer Laccasen für die Produktion von Feinchemikalien im großtechnischen Maßstab zur Substitution umweltbelastender chemischer Synthesen

Ziel des Projekts war es, über Laccase-vermittelte Reaktionen eine umweltfreundliche Synthese von Feinchemikalien vorzunehmen und somit im Rahmen der Weißen Biotechnologie ökoeffiziente Syntheseverfahren zu etablieren. Besonderes Augenmerk fiel hierbei auf die Gewinnung von sekundären Aminen. Dabei fanden Laccasen aus Weißfäulepilzen, direkt aus dem Pilz isoliert sowie rekombinant hergestellt, und rekombinante bakterielle Laccasen in Kopplungsreaktionen ihren Einsatz. Mit Beginn des Projekts erfolgte die Vereinbarung eine enzymvermittelte Synthese von sekundären Aminen anzustreben, um so prinzipielle Reaktionsmuster und -kinetiken für nachfolgende Untersuchungen zu erhalten. Die Beispielreaktion stellt die heteromolekulare Kopplungen eines ortho- bzw. para-dihydroxylierten, alkylsubstituierten aromatischen Laccase-Substrates und diverser aliphatischer Amine dar.

Einfluss von Laccase Produktion durch Pilze und Mykorrhizen auf die Bildung und Stabilität organischer Substanzen in land- und forstwirtschaftlichen Böden

Genetical and Biochemical Studies of Populations of Botrytis cinerea on Grapevine - Studies of the Infection Processes of Grapevine Associated with Lytic Enzymes of the Pathogen and the Phenology of the Host^Etudes genetiques et bochimiques des populations de Botrytis cinerea ainsi que des processus d'infection de la vigne liees aux enzymes lytiques du parasite et au developpement phenologique de la plante-hote (FRA)

Definition du stade de developpement de la vigne le plus sensible aux infections primaires. Etudes de l'incidence du taux d'infection floral sur le developpement de la pourriture aux vendanges. Caracterisation biochimique et genetique des enzymes lytiques impliquees dans les infections florales et preparation d'anticorps et de sondes moleculaires comme outils de detection du parasite dans la plante-hote en vue d'etudes epidemiologiques indispensables a l'etablissement d'un systeme de prevision des risques de pourriture. La caracterisation genetique des populations de Botrytis permettra de determiner, entre autre, le niveau de resistance des populations d'un vignoble a un fongicide donne et de tester l'homogeneite de ces populations avant l'installation d'essais de traitement. (FRA)

Untersuchungen zum Laccase-Mediator-System

Untersuchungen zum Mechanismus der enzymatischen Bleiche von Zellstoffen mittels Laccase und Mediator. Das Thema teilt sich dabei in 2 Schwerpunkte: enzymatische Bleiche und Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus anhand von Reaktionen mit Modellverbindungen. Desweiteren die Anwendung des Laccase-Mediator-Systems in der organischen Synthese.

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