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Wasser
Wasser ist die Lebensgrundlage von Mensch, Tier und Pflanzen. Doch die Ressource wird knapp.

Ernährung Pflanzen Agrarwissenschaften

Im Fokus: Wasser als Ressource

Wie lassen sich Wasserversorgung und Landwirtschaft nachhaltig vereinen? Darüber wurde bei der Welternährungskonferenz GFFA in Berlin diskutiert.

Evonik, gesundes Tierfutter mit Probiotika
Evonik hat sein Probiotikageschäft erweitert und ein erstes Probiotikum für Geflügelfutter hergestellt.

Chemie Mikroorganismen Biotechnologie/Systembiologie

Evonik: Probiotika statt Antibiotika

Der Futtermittelspezialist Evonik hat das erste probiotische Tierfutter für Geflügel entwickelt. Dies könnte eine Alternative zum umstrittenen Antibiotikaeinsatz in der Tierhaltung sein.

EIO-Bericht zu Öko-Innovationen

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EIO (2017): Politik und Praxis der Öko-Innovationen für die Transformation zur Kreislaufwirtschaft

Das Eco-Innovation Observatory (EIO) ist eine von der EU finanzierte Initiative mit dem Auftrag, Ausschau nach Öko-Innovationen zu halten und Trends in diesem Bereich zu identifizieren.

Von Ertragslücken und Agrarökonomen

Der kompakte Medienrückblick: Was bedeutet CRISPR-Cas für Verbraucher +++ Die Ertragslücke im Biolandbau aufgedeckt +++ Interview mit Monsanto-Manager +++ Agrarökonomin leitet Wissenschaftsrat

Holzeinschlag, Rodung und andere Formen veränderter Landnutzung führen zu höheren CO2-Emissionen als bisher vermutet
Holzeinschlag, Rodung und andere Formen veränderter Landnutzung führen zu höheren CO2-Emissionen als bisher vermutet.

Energie Pflanzen Agrarwissenschaften

CO2-Ausstoß durch Rodungen unterschätzt

Karlsruher Forscher haben die Auswirkungen der veränderten Landnutzung auf den Kohlendioxid-Haushalt untersucht. Die Umgestaltung der Flächen verursacht mehr CO2 als vermutet.

DLR-Satelit EUCROPIS soll Tomatenpflanzen züchten
Ein Satellit soll die Tomatensamen als Beiladung mit einer Trägerrakete ins All bringen.

Ernährung Pflanzen Agrarwissenschaften

Außerirdischer Tomaten-Anbau

Noch in diesem Jahr soll ein Satellit mit Tomatensamen ins All starten. Dort wird das Wachstum der Gemüsepflanzen unter Bedingungen wie auf dem Mars und dem Mond getestet.

Hordeum comosum ist eine wilde Gerstenart, in der Sequenzen artfremder DNA aus der Unterfamilie der Panicoideae nachgewiesen wurden.
Hordeum comosum ist eine wilde Gerstenart, in der Sequenzen artfremder DNA aus der Unterfamilie der Panicoideae entdeckt wurden.

Ernährung Mikroorganismen Agrarwissenschaften

Gerste: häufiger Gentransfer zwischen Arten

Genaustausch zwischen verschiedenen Pflanzenarten galt bisher als äußerst selten. In der Evolution der Gerste kam das häufig vor, wie ein deutsch-tschechisches Forscherteam entdeckt hat.

Chemie Mikroorganismen Chemie

Von der Biotonne ins Gasnetz

In Berlin bekommt Bioabfall ein zweites Leben: In der Biogasanlage der Berliner Stadtreinigung (BSR) wird aus dem Inhalt der "Braunen Tonne" Methan, das sich ins Erdgas-Netz einspeisen lässt. Anstelle von Kompost oder Verbrennungsanlage tritt so ein nützlicher Kreislauf, der CO2 spart und die Umwelt schont. Unser Film zeigt, wie das funktioniert.

Von Saatgutbörsen und Erbgutsprays

Der kompakte Medienrückblick: CRISPR-Cas9 bei Pflanzen +++ Saatgut-Tauschbörsen für Hobbygärtner +++ Die DNA-Vielfalt im Meer erfassen +++ Erbgutsprays gegen Bienen-Killer

Raupen fressen an grünen Blättern
Raupen des Großen Kohlweißlings (Pieris brassicae) waren eine der Pflanzenfresser-Arten, die in der Studie verwendet wurden.

Ernährung Pflanzen Agrarwissenschaften

Kohl-Duft verrät Herkunft seiner Fraßfeinde

Wilde Kohl-Pflanzen haben ein feines Gespür für die Herkunft ihrer Fraßfeinde. Sie reagieren mit speziellen Düften, um Abwehrhelfer aus der Insektenwelt anzulocken.

Forscher bei der Feldarbeit auf der Versuchsfläche des Jena Experiments
Forscher bei der Feldarbeit auf der Versuchsfläche des Jena Experiments.

Ernährung Mikroorganismen Agrarwissenschaften

Agrarforschung: 15 Jahre Jena-Experiment

Europas größtes Freiland-Labor für Biodiversitätsforschung feiert Jubiläum: Seit 15 Jahren läuft das „Jena-Experiment“. 

Kartoffeln, robust, Virenresisistenz, Smart Breeding
Kartoffeln sind anfällig für Viren und Pilze. Züchter suchen nach Sorten, die von Natur aus Resistenzen mitbringen.

Land-/Forstwirtschaft Mikroorganismen Agrarwissenschaften

Mit Smart Breeding gegen Kartoffelviren

Kartoffeln sind auf dem Acker besonders anfällig für Krankheitserreger. Züchtungsexperten der Norika GmbH suchen mithilfe von Markierungen im Pflanzenerbgut nach Resistenz-Genen, um die Gewächse vor dem Virus Y oder dem Kartoffelkrebs zu wappnen.

Ernährung Pflanzen Agrarwissenschaften

Hybridzüchtung

Durch Hybridzüchtung lassen sich besonders leistungsstarke Nutzpflanzensorten herstellen. Bei Landwirten sind die ertragreichen Hybridsorten - zum Beispiel bei Mais und Roggen - besonders beliebt und haben sich auf den Feldern schon in weiten Teilen durchgesetzt. Wie die Hybridzüchtung funktioniert, erklären wir in unserem Video.

Wüstenpflanzen
Pflanzen geben ihre Umwelterfahrung an den Nachwuchs weiter, was vor allem in trockenen Regionen das Überleben sichert.

Land-/Forstwirtschaft Pflanzen Agrarwissenschaften

Fürsorgliche Eltern auch bei Pflanzen

Auch Pflanzen schützen ihre Nachkommen vor Gefahren, in dem sie ihre Erfahrungen mit Umwelteinflüssen weitergeben. Dieses Phänomen konnten Forscher erstmals in der Praxis nachweisen.

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Handlungsfeld: Weltweite Ernährung sichern

Mittlerweile leben mehr als sieben Milliarden Menschen auf der Erde. 2050 werden es mehr als neun Milliarden sein. Vor dem Hintergrund der rapide wachsenden Weltbevölkerung ist die Sicherung der weltweiten Ernährung eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Mit dem Handlungsfeld "Weltweite Ernährung sichern" der Nationalen Forschungsstrategie "BioÖkonomie 2030" stellt sich das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) dieser Herausforderung und übernimmt damit Verantwortung für eine der größten globalen Menschheitsaufgaben.

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Handlungsfeld: Agarproduktion nachhaltig gestalten

Um die Ernährung von 9,5 Milliarden Menschen in 2050 mit geänderten Konsumansprüchen zu gewährleisten, muss die Produktion an Nahrungsmitteln deutlich gesteigert und die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln für gefährdete Bevölkerungsgruppen deutlich verbessert werden. Die für die Produktion benötigten landwirtschaftlich nutzbaren Flächen sind jedoch begrenzt und werden vielerorts vor allem durch Bodendegradierung qualitativ und quantitativ geschädigt.

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Handlungsfeld: Gesunde und sichere Nahrungsmittel produzieren

Gesunde Ernährung ist für ein gesundes Leben unerlässlich. Mit dem Schwerpunkt "gesunde und sichere Lebensmittel produzieren" fördert das BMBF die Entwicklung verbraucherorientierter Produkt- und Prozessinnovationen für gesunde, qualitativ hochwertige, preiswerte und sichere Lebensmittel.

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Handlungsfeld: Nachwachsende Rohstoffe industriell nutzen

Bio-basierte Produkte, zu deren Herstellung biotechnische, chemische, thermische oder mechanische Verfahren kombiniert werden, können nicht nur Natur, Umwelt und Klima schonen, sondern schaffen auch mehr Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen. Sie leisten einen entscheidenden Beitrag für den Strukturwandel von einer erdöl- zu einer bio-basierten Industrie mit Chancen für Wachstum und Beschäftigung. Die industrielle Biotechnologie ist dabei ein wichtiger Impulsgeber.

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Handlungsfeld: Internationale Kooperationen

Globales Wissen nutzen - Bioökonomie stärken. Mit einer verstärkten Internationalisierung von Wissenschaft und Forschung will die Bundesregierung die Wettbewerbsfähigkeit des Bioökonomiestandortes Deutschland ausbauen und gleichzeitig mehr Verantwortung für die globalen Herausforderungen Welternährung, Klima- und Umweltschutz übernehmen.

Palmöl-Früchte
Palmöl-Früchte sind heiß begehrt. Doch der Anbau belastet zunehmend die Umwelt.

Pharma Pflanzen Lebensmitteltechnologie

WWF-Studie zu Palmöl vorgelegt

Der weltweit steigende Bedarf an Palmöl und der wachsende Anbau belasten die Umwelt. Doch eine überzeugende Alternative gibt es nicht, folgert die Umweltorganisation WWF in einer Studie.

Konsumgüter Pflanzen Biodiversität

WWF (2016): Auf der Ölspur – Berechnungen zu einer palmölfreieren Welt

Ein kompletter Verzicht auf Palmöl ist keine Lösung, eine bewusste und reduzierte Nutzung des Pflanzenöls schon!

Enzyme
Für die Synthese der Poly-N-Acetyllactosamin (Poly-LacNAc) Glykanstruktur wirken mehrere Enzyme zusammen.

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Der künstliche Golgi-Apparat

Glykane sind Zuckerketten. Sie gelten als Zielstrukturen der Zukunft in der Biomedizin. Wissenschaftler erforschen, wie sich die auf der Zelloberfläche vorkommenden Glykane nutzen lassen, um das Immunsystem zu modulieren. Auf diese Weise könnten wirksame Krebsmedikamente oder schützende Impfstoffe entstehen. Das Team von Lothar Elling vom Institut für Biotechnologie der RWTH Aachen  und Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik hat sich nun zum Ziel gesetzt, die Synthese der Glykan-Moleküle zu vereinfachen. Dazu will  das Team die Zuckerketten-Produktion im Labor nach dem Vorbild des Golgi-Apparats in Zellen nachbauen. Das explorativen Projekt nennt sich deshalb „Die Golgi-Glykan-Fabrik“ (GGF).

Technik der Durchflusszytometrie
Mit der Technik der Durchflusszytometrie lassen sich Enzymvarianten aus einer riesigen Bibliothek durchmustern.

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Proteinevolution im Zeitraffer

Um Eiweißmoleküle mit neuen  Eigenschaften zu entwickeln, setzen Biotechnologen auf die sogenannte gelenkte  Evolution. Doch wie lassen sich riesige Bibliotheken mit Enzymvarianten schneller nach interessanten Molekülen durchmustern? Ein Team um Ulrich Schwaneberg von der RWTH Aachen arbeitet an einem Verfahren, mit der sich die Suche beschleunigen lässt. Ziel des explorativen Projekts mit dem Titel „Zellfreie durchflusszytometrie-basierte in vitro Vesikel-Durchmusterungstechnologie für eine gelenkte Evolutionsrunde pro Tag“: In 24 Stunden eine Evolutionsrunde abschließen und die daraus hervorgegangene Enzyme vollständig durchmustern.

Luftballonstrauß
Wie in diesem Strauß von Luftballons ist das molekulare Gedränge in der Zelle groß.

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Biochemische Reaktionen in 3D simulieren

Biochemische Prozesse sind äußerst komplex. Ein bisher noch wenig betrachteter Aspekt dieser Komplexität: biochemische Prozesse laufen in der Zelle in einem dreidimensionalen Raum ab und Moleküle selbst haben eine räumliche Gestalt. Der Jülicher Forscher Eric von Lieres möchte biochemische Prozesse in 3D auf modernen Computerarchitekturen simulieren. Die entwickelten Simulationsmodelle sollen dabei helfen, biotechnische Reaktionssysteme zu optimieren.

Bio- und Chemokatalyse
Auf eine enge Liäson von chemischer Synthese und Biokatalyse haben es Forscher aus Bielefeld und Düsseldorf abgesehen.

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Bio- und Chemokatalyse unter einem Dach

In der Biotechnologie sind Enzyme als Biokatalysatoren im Einsatz, die Synthese-Chemie wiederum setzt oftmals auf Chemokatalysatoren.  Doch bisher gibt es kaum Fälle, in denen chemo- und biokatalytische Reaktionen erfolgreich kombiniert wurden. Diese enge Verzahnung der beiden „Katalyse-Welten“ hat sich ein Forschertandem um den Bielefelder Chemiker Harald Gröger und den Enzymtechnologen Werner Hummel von der Universität Düsseldorf vorgenommen. Das Forschertandem will das Konzept der chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfsynthesen vorantreiben, um damit Spezial- oder Feinchemikalien herzustellen.

Nanoporen im Hydrogel
Hydrogele haben interessante Eigenschaften, die sich für die biotechnologische Stofftrennung nutzen lassen.

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Funktionalisierte Nanoporen für die Stofftrennung

Stofftrennung ist ein wichtiger Arbeitsschritt in der biotechnologischen Praxis. Doch die konventionellen Methoden sind oft aufwändig, kostenintensiv und schlecht skalierbar. Der Forscher Thomas Burg vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen will mit Hilfe neuer Nanofabrikationsmethoden sogenannte biologische Hydrogele zur Lösung dieses Problems nutzbar machen. Hydrogele wirken in Zellen und Geweben oft als hochselektive Barrieren, welche einen kontrollierten Transport von Molekülen ermöglichen. Burg möchte solche Gele in sehr dünne nanoporöse Feststoffmembranen integrieren. Dazu entwickelt er eine Mikrofluidikplattform, mit der sich die Funktionsweise der Gele untersuchen und künftig einmal Stoffgemische in zellfreien Produktionssystemen aufreinigen lassen.

Enzyme in Kapseln
Enzyme in Kapseln packen und so für die Arbeit in organischen Lösungsmitteln rüsten. Das ist das Ziel bei Enzcaps

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Enzcaps: Enzymkapseln in organischen Lösungsmitteln

Robin Ghosh will Enzyme einsperren: „Im Inneren von Mikrokapseln sollen sie aus einem Ausgangsprodukt in mehreren Schritten das gewünschte Endprodukt herstellen.“ Das Besondere an dem von Ghosh koordinierten Verbundprojekt „EnzCaps“ ist die Umgebung, in der die Reaktionen stattfinden sollen: organische Lösungsmittel. Das württembergische Team will so das Anwendungsspektrum der enzymatischen Biotechnologie erweitern. Viele wichtige Ausgangs- und Endprodukte sind nicht in wässriger Umgebung löslich. Enzymreaktionen in organischen Lösungsmitteln sollen hier einen Ausweg bieten. Doch bis es soweit ist, müssen zunächst einmal Enzyme entwickelt werden, die auch in der für sie ungewohnten Umgebung zufriedenstellend arbeiten.

Monolithen
Monolithen sind Trägermaterialien mit einer porösen Struktur.

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Bioliths: Neue Enzym-Bioreaktoren für ionische Flüssigkeiten

In der Bioanalytik werden – etwa in Trenn- und Affinitätssäulen –  meist dichtgepackte Kügelchen eingesetzt. Ein anderes Konzept stellen die Monolithen dar, das sind homogene polymere Matrix-Strukturen, die von winzigen Poren durchsetzt sind. Ein Verbundprojekt namens „Bioliths“ um den Stuttgarter Polymerchemiker Michael Buchmeiser und den Biotechnologen Bernhard Hauer möchte ein innovatives monolithisches Trägermaterial entwickeln, das sich einmal als Reaktor für bestimmte Enzyme eignen soll. Hierbei sollen die Enzyme jedoch nicht in wässriger Umgebung arbeiten, sondern in ionischen Flüssigkeiten. Davon versprechen sich nicht nur die Forscher aus Stuttgart viel Potenzial für neue Produkte. Auch das Geesthachter Bioanalytik-Unternehmen GALAB Laboratories GmbH ist an dem Projekt beteiligt.

Fütterung von Mikroben mit Elektronen
Über den Weg der sogenannten mikrobiellen Elektrosynthese könnten interessante Chemikalie oder Energieträger entstehen.

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Mikroben als stromgetriebene Zellfabriken

Das Konzept der mikrobiellen Brennstoffzelle funktioniert so: Bakterien bauen energiereiche Substanzen ab und die entstehenden Elektronen können an eine Elektrode abgegeben werden – Strom wird gewonnen. Denkbar ist auch der umgekehrte Fall: Werden geeignete Bakterien mit elektrischer Energie gespeist, werden sie zu zellulären Fabriken, die aus der Zutat Kohlendioxid interessante Chemikalien oder Energieträger herstellen können. „Mikrobielle Elektrosynthesen“ heißt dieses Konzept, dem sich ein Forschertandem des gemeinnützigen DECHEMA-Forschungsinstituts (DFI) in Frankfurt widmen will. Das interdisziplinären Wissenschaftlerteam um Dirk Holtmann und Klaus-Michael Mangold will dazu in der Natur nach geeigneten Mikroben fahnden oder sie molekularbiologisch für die Elektrosynthese fit machen. Zudem wollen die beiden Kollegen geeignete elektrochemische Reaktorsysteme entwickeln.

Elektronenübertragung mit Enzymen
Enzyme, die in Elektronenübertragungen involviert sind, direkt über einen Chip mit Strom antreiben.

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Stromantrieb für Redoxenzyme

Monooxygenasen sind wahre Alleskönner. Norbert Sträter, beteiligt am Verbundprojekt „Stromgetriebene Redoxenzyme für Hydroxylierungsreaktionen“, ist von der Unentbehrlichkeit dieser Proteine überzeugt:  „Solche Redoxenzyme – zu denen vor allem die Cytochrome P450 gehören – werden zum Beispiel bei der biotechnologischen Synthese von Feinchemikalien als auch von Pharmazeutika eingesetzt.“ Chemisch gesehenen wird genau ein Sauerstoffatom eines Sauerstoffmoleküls auf das gewünschte Substrat übertragen, das zweite Sauerstoffatom wird zu Wasser reduziert. Die für diese Reaktion notwendigen Elektronen werden bisher vor allem über Reduktionsäquivalente wie NADPH bereitgestellt. Aber ausgerechnet für die Herstellung beziehungsweise das Recyceln dieser Moleküle gibt es noch keine biotechnologisch sinnvolle Lösung.

Elektrozym
P450-Enzyme und Hightech-Elektroden über Nanoröhrchen koppeln - das ist das Ziel des Forschertandems unter dem Titel Elektrozym.

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Enzym-Elektroden für biotechnologische Synthesen

Die biotechnologische Herstellung von Grundchemikalien ist deshalb schwierig, weil entsprechende Enzyme oft nicht verfügbar sind oder nicht die für ein wirtschaftliches Verfahren notwendigen Aktivitäten aufweisen. Ein hohes Anwendungspotenzial existiert für Oxidationen, etwa wenn es darum geht C-H Bindungen selektiv zu oxidieren. Forscher aus Stuttgart und Reutlingen wollen in dem Tandem-Projekt „ElektroZym“ ein Cytochrom P450- Enzym auf chemische Umwandlungsschritte im Industriemaßstab trimmen. Dazu sollen die Proteine mit Carbon-Nanoröhrchen (CNT) gekoppelt werden.

Photobioelektrode
Eine Photobioelektrode fängt Licht über ein Photosystem ein (Mitte) und überträgt Elektronen auf ein Synthese-Enzym.

unspezifisch Mikroorganismen Biotechnologie/Systembiologie

Auf dem Weg zur Photobioelektrode

Enzymreaktionen durch Licht antreiben, Sonnenenergie in biochemische Wertstoffe umwandeln – das ist das Ziel des Forschertandems um Fred Lisdat von Technischen Hochschule Wildau und die Biophysiker Heiko Lokstein und Athina Zouni von der TU Berlin. Die Forscher wollen die Sonnenenergie nutzen, um biokatalytische Prozesse zu steuern. Dazu wollen sie eine sogenannte Photobioelektroden-Struktur entwickeln. Sie soll eine durch Licht aktivierbare Elektrode mit einem Enzymsystem kombinieren. Die Tandempartner bringen Expertisen aus der Photosynthese-Forschung, Elektrochemie und Bionanotechnologie zusammen.

Computermodell eines rational modellierten Peptids.
Computermodell eines rational modellierten Peptids.

unspezifisch unspezifisch Biotechnologie/Systembiologie

Proteinhaftung mit Design

In der Vergangenheit wurden viele technisch nutzbare Biomoleküle nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum hergestellt. Der rasante Anstieg in der Rechenleistung von Computern erlaubt es heute, solche Moleküle mit Modellen zu simulieren und Veränderungen gezielt zu planen. Die Herangehensweise des rationalen Designs wollen auch Sonja Berensmeier von der Technischen Universität München und Wolfgang Wenzel vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) für ihr gemeinsames Forschungsprojekt nutzen. Unter dem Titel „Rationale Entwicklung von Peptid-Oberflächen-Interaktionen“ arbeitet das Forschertandem künftig auf dieses Ziel hin.

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Gesunde und sichere Lebensmittel produzieren

Eine gesunde Ernährung setzt ein entsprechendes Angebot an Lebensmitteln voraus. Im Bereich der landwirtschaftlichen Produktion gilt es daher, die Qualität von pflanzlichen und tierischen Produkten zu optimierten. Mit unterschiedlichen Fördermaßnahmen will die Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie dazu beitragen, die Wirkung von Lebensmitteln auf die Gesundheit zu erforschen und die Qualität und Sicherheit von Lebensmitteln zu verbessern.

unspezifisch unspezifisch Biotechnologie/Systembiologie

SeleKomM: Die Biotech-Kopie eines Golgi-Apparates

In der Zelle bekommen viele neu entstehende Proteine erst im Golgi-Apparat den letzten Schliff. In diesem Stapel von membranumschlossenen Räumen werden die Proteine modifiziert: Mal wird ein Zucker- oder Fettsäurerest angehängt, mal das Protein phosphoryliert. Da vielen biotechnologisch hergestellten Eiweißmolekülen dieser Feinschliff fehlt, wollen Frank Rosenau aus Ulm und seine Mitstreiter vom Verbundprojekt SeleKomM den Golgi-Apparat nachahmen – in Form eines Bioreaktors. Dafür forschen sie zum Beispiel an technischen Membranen, die anders als biologische Membranen aus Kunststoffen hergestellt werden. 

Michael Jewett hält einen Vortrag
Michael Jewett bezeichnete die Entwicklung von effizienten Bioreaktoren aktuell als größte Hürde einer zellfreien Bioproduktion.

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Gesucht: Effizienter Bioreaktor für zellfreie Produktion

Eiweiße gezielt für die Industrie herstellen, mit zellfreien Systemen – mit diesem Ziel war das Verbundprojekt „Biomoleküle vom Band – Zellfreie Bioproduktion“ der Fraunhofer Gesellschaft  als erste Maßnahme im Strategieprozess „Biotechnologie 2020+“ im Jahr 2011  gestartet. Am 14. März haben sich nun alle beteiligten Forscher des Konsortiums zum jährlichen Erfahrungsaustausch in Berlin getroffen. Fazit: Immer mehr kristallisiert sich inzwischen heraus, wo künftig weiterer Forschungsbedarf besteht – etwa bei der Etablierung von Bioreaktoren für eine zellfreie Produktion.

Schale und Pipette
Zellkulturen für die Produktion von Naturstoffen könnten bald durch zellfreie Systeme aus Multienzymkomplexen ersetzt werden.

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Das Enzymchanneling verstehen

Für die Produktion von komplexen Naturstoffen werden heutzutage häufig lebende Zellen genutzt. Das ist meist günstiger als aufwendige, rein chemische Synthesen, stößt aber auch immer wieder an Grenzen: Die Zellen müssen kontinuierlich mit Luft und Nährstoffen versorgt werden, es geht Energie für die Bildung von Biomasse und den Erhaltungsstoffwechsel verloren und die zu produzierenden Naturstoffe dürfen für die Zelle selbst nicht giftig sein. Viel einfacher wäre es, statt lebender Zellen nur ein zellfreies System aus Multienzymkomplexen mit mehreren hintereinander geschalteten Enzymen zu nutzen.

Diblockcopolymere unter dem  Elektronenmikroskop
Membran aus Diblockcopolymeren unter dem Elektronenmikroskop.

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Robuste Membranen aus Blockpolymeren

Wenn es um die Aufreinigung von Lösungen oder Proben geht, nutzen Forscher häufig Membranen, um Stoffe zu filtern. Das Team um Christopher Barner-Kowollik vom Karlsruher Institut für Technologie und Felix Schacher von der Friedrich-Schiller-Universität Jena arbeitet an der nächsten Generation dieser Filtermaterialien. Die auf Blockcopolymeren basierenden Membranen könnten den gewöhnlichen Filtern gleich in mehrfacher Hinsicht überlegen sein. Im Verbundprojekt „BioCoBra – Robuste und vielseitige asymmetrische Membranen auf Basis schaltbarer Blockpolymere“ – sollen neuartige Werkstoffe für Filtermaterialien hergestellt und genau charakterisiert werden.

Modell des großen Fusionsproteins
Im Modell des großen Fusionsproteins (rechts, farbig) erkennt man noch die durch Verbindungsstücke aneinandergereihten Enzyme.

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SupraRedoxModul: Kurze Wege im Enzymkäfig

Was für Stadtplaner ein erstrebenswertes Ziel ist, hat auch für Biochemiker seinen Reiz: Kurze Wege. Wissenschaftler von der Universität des Saarlandes um Rita Bernhardt (Biochemie) und Michael Hutter (Bioinformatik), der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf um Vlada Urlacher (Biochemie) sowie der Universität Leipzig um Roger Gläser (Technische Chemie) möchten gern alle für eine fortlaufende enzymatische Umwandlung nötigen Mitspieler an einem Ort zusammenbringen. Ihnen schwebt eine Art „Superenzym“ vor. Der Name des Verbundprojektes „SupraRedoxModul“ verrät: Es dreht sich um Redoxenzyme.

Aus Acetat und ATP entsteht Flaviolin

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Multi-Enzym-Katalyse mit löchrigen Zellen

Die Produktion von komplexen Naturstoffen in biologischen Zellen ist eigentlich nichts Neues. Die Idee, für die Synthese der Naturstoffe  Zellen mit löchriger Membranhülle  zu nutzen hingegen schon. Sie steht im Zentrum des explorativen Projekts „MECAT – Multi-Enzym-Katalyse mit permeabilisierten Zellen“. Mit demTrick könnte die Produktion bisher biotechnologisch nicht herstellbarer komplexer Moleküle gelingen, ist das Team um Elmar Heinzle vom Institut für Technische Biochemie der Universität des Saarlandes überzeugt. Sie wollen das Verfahren nun für den Einsatz im Labor fitmachen.