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Metallische Schäume

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Fraunhofer IFAM

Muster von biofunktionalisierbaren metallischen Schäumen mit unterschiedlicher Porengröße

27.02.2013 Projektporträt

unspezifisch unspezifisch Biotechnologie/Systembiologie

ZMWBioKat: Metallische Schäume in Biosensoren

Anett Werner vom Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der Technischen Universität Dresden ist sich sicher, dass Metalle bei eine Vielzahl biotechnologischer Anwendungen bessere Träger für Enzyme, Farbstoffe oder ganze Zellen sind als Glas oder Keramik: „Metalle überzeugen durch ihre hohe mechanische Stabilität und ihre hohe Toleranz gegenüber Druckschwankungen. Außerdem können sie für jede Anwendung jeweils passgenau hergestellt werden.“ Ob es zu einem Siegeszug kommt, hängt auch ein bisschen von ihrem Verbundprojekt „ZMWBioKat“ ab.

Peptid-Chip-Drucker

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Nesterov-Müller/ Stefan Dübel Close

Frank Breitling (li.) und Alexander Nesterov-Müller (re.) nutzen Peptid-Chip-Drucker um hochdichte Peptidarrays zu erzeugen.

22.02.2013 Projektporträt

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Peptid-Chips mit eingebautem Schalter

Ein Team um Alexander Nesterov-Müller vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) will in dem Verbundprojekt „Entwicklung eines Peptidschalters“ eine Methode entwickeln, mit dem sich Protein-bindende Moleküle verlässlich, schnell und bezahlbar für viele unterschiedliche Bindungspartner finden lässt. Bei der Suche nach dem richtigen Molekül für eine spezifische Anwendung kommen sogenannte hochdichte Peptidarrays zum Einsatz. Auf einem vorbehandelten Glasträger werden mit einem Laserdrucker die wenige Mikrometer große Peptidspots aufgetragen. „Wir haben einen Prototypen entwickelt, der in einem xerographischen Verfahren rund 800 Spots pro Quadratzentimeter druckt“, berichtet Nesterov-Müller.

Leuchtende Ampulle

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Universität Regensburg/Burkhard König

14.02.2013 Projektporträt

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PHAROS: Auf dem Weg zur künstlichen Pflanze

Für Burkhard König von der Universität Regensburg und Volker Sieber von der TU München ist Licht die ultimative erneuerbare Ressource: Überall auf der Welt ist es kostenlos als saubere Energieform verfügbar. Um Licht jedoch biochemisch verwertbar zu machen, sind sogenannte Photokatalysatoren notwendig. Weltweit wird dafür vor allem an Metallkomplexen geforscht. Ein großes Problem dieser Verbindungen ist ihre kurze Lebensdauer, ein weiteres der Bedarf an Schwermetallen wie Iridium und Ruthenium. Das bayerische Forschertandem will eine neue Generation von Photokatalysatoren entwickeln. „Wir wollen die Photokatalyse erstmals über Stunden hinweg aufrechterhalten. Außerdem suchen wir nach ‚grünen’ Alternativen, um auf die giftigen, seltenen und somit teuren Schwermetalle verzichten zu können.“

Ein Biotechnologielabor

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Boehringer Ingelheim Close

Biotechnologische Produktion ist schwer zu überwachen.

04.02.2013 Projektporträt

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Mikrokapseln für die Prozess-Überwachung

Bislang ist die Steuerung von biotechnologischen Prozessen weitgehend Erfahrungssache. Denn es fehlen Methoden, um bereits während der Produktion von Wertstoffen zu messen, ob der Prozess in die richtige Richtung läuft. Das ist wichtig, weil Produktkontaminationen ganze Produktchargen unbrauchbar machen und für große wirtschaftlich Schäden sorgen können. Das Kooperationsprojekt „Prozessüberwachung in vitro und in vivo mit Polyelektrolyt-Mikrokapseln“ soll dies nun ändern. In der Machbarkeitsstudie entwickeln der Biochemiker Sebastian Springer, der Biophysiker Mathias Winterhalter und der Biotechnologe Gerd Klöck eine universell einsetzbare Messmethode, mit der sich für den wichtige Stoffwechselprodukte und Moleküle in Kulturmedien und Zellen in Echtzeit erfassen lassen.

Leuchtendes Chromosom

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University of Minnesota

Cell2Fab hat sich die Aufgabe gesetzt, künstliche Chromosomen als Steuereinheit von Hefezellen zu entwickeln.

04.02.2013 Projektporträt

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Cell2Fab: Zellfabriken mit künstlichen Chromosomen

Bisherige biotechnische Verfahren nutzen einzelne Enzyme oder Produktionsorganismen mit speziell maßgeschneidertem Stoffwechsel, um ein bestimmtes Produkt herzustellen. Die Möglichkeit, ganze Chromosomen aus DNA zu synthetisieren, soll nun genutzt werden, um ein ringförmiges künstliches Chromosom in Hefezellen als Steuerungsmodul zu entwickeln. Im Rahmen des Projektes „Synthetische Biosysteme – von der Zelle zur Fabrikation (Cell2Fab)“ baut Katrin Messerschmidt an der Universität Potsdam eine Nachwuchsgruppe auf, um ein entsprechendes künstliches Chromosom etablieren.

Im Projekt OptoSys wollen Wissenschaftler die Feinsteuerung biotechnologische Produktionsprozesse mit Hilfe von Licht vorantreiben

04.02.2013 Projektporträt

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OptoSys: Bioprozesse mit Licht steuern

Eine Echtzeit-Überwachung und -Steuerung biologischer Vorgänge in Bioprozessen ist bis heute noch nicht verwirklicht. Im Rahmen des Verbundprojektes „OptoSys – neue Optosensoren und Photoregulatoren zur Licht-vermittelten Steuerung und Analyse molekularer Systeme“ wollen Wissenschaftler der Universität Düsseldorf, der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich eine völlig neuartige, lichtbasierte Messung und Steuerung biotechnologischer Prozesse etablieren.

Zellfrei CO2 in einen Wertstoff umwandeln: dieses Ziel haben sich Magdeburger und Biberacher Forscher gesetzt.

04.02.2013 Projektporträt

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Enzyme für die Kohlendioxid-Verwertung

Angesichts des globalen Anstiegs des Klimagases Kohlendioxid sind Technologien gefragt, die das Spurengas aus der Atmosphäre entfernen. Ansätze, CO2 als Rohstoff zu nutzen, konzentrieren sich derzeit vor allem auf chemische Umwandlungen oder auf Mikroalgen, die das Gas für ihr Wachstum nutzen. Das für zunächst fünf Jahre geförderte Tandemprojekt „Analyse und Design bakterieller Enzymkaskaden zur stofflichen Verwertung von CO2“ will dagegen ungewöhnliche Enzyme aus Bakterien nutzbar machen, um Kohlendioxid in einem zellfreien Prozess in Wertstoffe umzuwandeln.

Standardmeldung

Energie unspezifisch Energietechnologien

Energieträger auf Basis von Biomasse ausbauen

Als Bestandteil des Energie-Mixes werden Energieträger aus Biomasse künftig an Bedeutung gewinnen. Sie tragen im Rahmen regionaler Versorgungskonzepte zur einheimischen Wertschöpfung bei und können Arbeitsplätze in der Land- und Forstwirtschaft sowie in der Industrie schaffen. Unter dem Dach des Handlungsfeldes "Bioenergie ausbauen" setzt sich die Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie dafür ein, Bioenergie international wettbewerbsfähiger, klima-, natur- und umweltfreundlicher als heute zu erzeugen.

Eine Treppe aus Legobausteinen

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www.lernspiele.org/pixelio.de

04.02.2013 Projektporträt

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Komparti: Enzymatische Produktionsschritte enger koppeln

Biotechnologische Produktionsprozesse laufen heute meist als Ein-Schritt-Reaktionen in einem einzigen Bioreaktor ab. Für chemische Umsetzungen mit mehreren Reaktionsschritten ist dies oft von Nachteil. Denn die Enzyme, die die einzelnen chemischen Reaktionen beschleunigen, funktionieren oft bei ganz unterschiedlichen Bedingungen optimal. Außerdem können unerwünschte Nebenreaktionen auftreten, die die Prozesse unwirtschaftlich machen. In dem explorativen Projekt „Komparti – Kompartimentierung als Basistechnologie für neue multienzymatische Produktionsverfahren“ untersuchen Forscher um An-Ping Zeng von der TU Hamburg-Harburg in den nächsten zwei Jahren, wie sich heutigen Einschränkungen der Biosynthese durch die räumliche Annäherung oder Trennung von Enzymen auf einem Materialgerüst überwinden lässt.

Standardmeldung

unspezifisch unspezifisch unspezifisch

Internationale Kooperationen

Mit einer stärkeren Internationalisierung von Wissenschaft und Wirtschaft kann die Wettbewerbsfähigkeit des Bioökonomiestandortes Deutschland ausgebaut werden. Dies wird im Handlungsfeld "Internationale Kooperationen" der Nationalen Forschungsstrategie Bioökonomie vorangetrieben.

Essigsäurebakterien

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SciePro/shutterstock.com

Essigsäurebakterien wie diese hier sollen in Zukunft, mit Hilfe von CO2 und Strom, wichtige Chemikalien bereitstellen.

04.02.2013 Projektporträt

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Mikroben unter Strom für die Stoffproduktion

Wirtschaftliche Verfahren, die das Klimagas Kohlendioxid reduzieren helfen, sind derzeit noch Mangelware. Einen Weg, das CO2 zur Wertstoffproduktion oder sogar zur Speicherung von elektrischem Strom in energiereichen chemischen Produkten zu nutzen, beschreiten Forscher jetzt im Rahmen des explorativen Projektes „Bioelektrosynthese zur Stoffproduktion aus Kohlenstoffdioxid“ im Rahmen der Fördermaßnahme Basistechnologien.

Feuerball

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flickr/Philipp Butzug

In Methangas steckt nicht nur viel Energie.

04.02.2013 Projektporträt

unspezifisch unspezifisch Biotechnologie/Systembiologie

ECOX: Chemo- und Biokatalyse vereinen

Chemische und biologische Synthesen erfordern oft ganz unterschiedliche Temperaturen und Reaktionsbedingungen. Das über drei Jahre geförderte Kooperationsprojekt „ECOX – Enzymatisch-chemokatalytische Oxidationskaskaden in der Gasphase“ zielt darauf ab, chemische und biologische Prozesse erstmals zu koppeln, um aus Methangas energie- und ressourcenschonend Ameisensäure, Methanol und Methylformiat herzustellen – wichtige Grundchemikalien für die Chemieindustrie.

Bernsteinsäuremolekül

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Ben Mills

Der Produktionsprozess von Bernsteinsäure soll als Modell dienen, um künstliche Gen-Schalter zu testen.

04.02.2013 Projektporträt

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Bioproduktion flexibler gestalten

Biotechnologische Produktionsprozesse sind bislang oft wenig flexibel: Häufig werden Mikroben gentechnisch so optimiert, dass sie nur unter ganz bestimmten Bedingungen eine maximale Produktausbeute liefern. Mangelnde Flexibilität ist dann problematisch, wenn die Zellen unter anderen Bedingungen produzieren als wachsen, wenn giftige Produkte entstehen oder wenn das Produkt den Prozess hemmt. Im Rahmen des Tandemprojektes „Dynamische Prozessoptimierung in der Biotechnologie“ entwickeln Katja Bettenbrock vom Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer Systeme in Magdeburg und Andreas Kremling von der Technischen Universität München mit Hilfe von Computersimulationen gentechnisch veränderte Coli-Bakterien, deren Stoffwechsel sich während der Produktion umschalten lässt.

Kieselalge

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Clemens Posten

Kieselalgen stellen Kalkblättchen her, die für die Bauindustrie als Zusatzstoffe sehr interessant sind.

02.02.2013 Projektporträt

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ZeBiCa2: Kalkpartikel aus Kieselalgen kontrolliert formen

Verbundmaterialien aus komplex aufgebauten Biomineralen und organischen Molekülen versprechen vielfältige Anwendungen in Medizin, Lebensmittelbranche und Industrie. Bislang werden weitgehend "ungeformte" Partikel durch Ausfällen oder Vermahlen von Mineralien oder aus Lagerstätten von Kieselalgen gewonnen. In dem Kooperationsprojekt ZeBiCa2 geht es erstmals darum, biotechnologische Produktionsverfahren zu entwickeln, um die Mineralisierung hochkomplexer dreidimensionaler Kalkstrukturen durch die Meeresalge Emiliania huxleyi biotechnologisch zu steuern und industriell zu nutzen.

Nanopartikel+Bakterien= neue Materiealien und neue Medikamente

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Michael Köhler

Das Zusammenbringen von Bakterien und Nanopartikeln soll bislang unentdeckte Fähigkeiten von Mikroorganismen offenbaren.

01.02.2013 Projektporträt

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Bactocat: Mikroben mit Metallpartikel-Toleranz gesucht

Viele Mikroorganismen sind Überlebenskünstler. Manche verfügen über ganz erstaunliche Fähigkeiten, die ihnen helfen, selbst mit den widrigsten Umwelteinflüssen klarzukommen. Das macht sie auch zu potenziellen Lieferanten neuer Wirk- und Werkstoffe. Michael Köhler, Leiter des Fachgebiets Mikroreaktionstechnik an der Technischen Universität Ilmenau, sucht im Verbund-Projekt „Bactocat“ Zellen mit besonders hartnäckigen Eigenschaften: Die Forscher haben es auf Metallnanopartikel- und Schwermetall-tolerante Mikroorganismen abgesehen.

Membrankapseln mit Enzymen

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Kathrin Castiglione Close

Membrankapseln mit Enzymen im Inneren, mit deren Hilfe sich zellfrei Feinchemikalien herstellen lassen.

01.02.2013 Projektporträt

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Synthetische Reaktionsräume für Enzyme einrichten

Zellen sind wie Fabriken in verschiedene Reaktionsräume unterteilt, in denen bestimmte Schritte eines Produktionsprozesses ablaufen. Ließen sich solche Reaktionsräume im Labor herstellen, wäre das ein erster Schritt auf dem Weg zur künstlichen Minimalzelle, die nur mit dem absolut nötigsten Inventar ausgestattet ist. Die Biotechnologin Kathrin Castiglione will solche Reaktionsräume im Labor herstellen, um damit in Zukunft Feinchemikalien zellfrei im großen Maßstab zu produzieren. Dazu baut sie am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der Technischen Universität München eine für die nächsten vier Jahre finanzierte Nachwuchsgruppe im Rahmen der Fördermaßnahme „Basistechnologien“ auf.

Hörsaal des Robert-Koch-Forums

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Peter Schneider/Future Camp

35 Projekte mit Zukunftspotenzial für neue biotechnologische Verfahren wurden im Hörsaal des Robert-Koch-Forums präsentiert.

12.12.2012 Projektporträt

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35 Forschungsprojekte zur Biotechnologie der Zukunft gestartet

Das Fundament legen für die Entwicklung biotechnologischer Produktionsverfahren der Zukunft: Das will die Fördermaßnahme "Basistechnolgien für eine nächste Generation biotechnologischer Verfahren" erreichen, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 2011 gestartet hat. In den kommenden Jahren werden 35 interdisziplinäre Projekte mit insgesamt 42 Millionen Euro gefördert. In den ehrwürdigen Gemäuern des Robert-Koch-Forums trafen sich am 12. Dezember in Berlin die Projektleiter , um ihre Vorhaben einander vorzustellen. Sie reichen thematisch von der Bioelektrochemie über die Synthetische Biologie bis hin zur lichtgetriebenen Stoffproduktion.

Forscher aus acht Frauenhofer-Instituten

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Dahnke

Zu dem Statusseminar "Zellfreie Bioproduktion" trafen sich Forscher aus allen acht beteiligten Fraunhofer-Instituten.

29.03.2012 Projektporträt

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Energieschub für die zellfreie Bioproduktion

Eiweiße nach Wunsch für industrielle Anwendungen zusammenzubauen, das ist das Ziel des Verbundprojekts „Biomoleküle vom Band“, das die Fraunhofer-Gesellschaft im vergangenen Jahr gestartet hat. Es ist gleichzeitig die erste konkrete Fördermaßnahme im Strategieprozess. Nun trafen sich die Forscher des Konsortiums „Zellfreie Bioproduktion“ in Berlin, um eine erste Zwischenbilanz zu ziehen. Am 15. und 16. März wurde im Fraunhofer Forum diskutiert, wie gut die Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und Lebenswissenschaftlern angelaufen ist. Frank Fabian Bier vom Fraunhofer-Institut für biomedizinische Technik in Potsdam (IBMT) äußerte sich sehr zufrieden mit dem bisherigen Verlauf. So sei es trotz der kurzen Zeit schon gelungen, die ersten wissenschaftlichen Erfolge zu erzielen. Zum Beispiel bei der Versorgung der zellfreien Systeme mit Energie.

Thomas Rachel, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung

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Dahnke

Thomas Rachel übergibt der Fraunhofer Gesellschaft einen Förderbescheid über 15 Millionen Euro.

23.03.2011 Projektporträt

unspezifisch unspezifisch Biotechnologie/Systembiologie

Zellfreie Manufaktur für Biomoleküle

Die industrielle Produktion von Proteinen geschieht in der Regel im Inneren von Zellen oder Mikroorganismen. Jedoch ist das manchmal sehr schwierig: Toxische Proteine töten die Zellen ab, oder für die Pharmaindustrie interessante Membranproteine lassen sich so nur sehr schwer herstellen. Ein Verbund aus Wissenschaftlern um Frank-Fabian Bier und Stefan Kubick vom Fraunhofer Institut für biomedizinische Technik in Potsdam (IBMT) arbeitet an einem Verfahren, wie sie unabhängig von Zellen oder Mikroorganismen Proteine produzieren können – und zwar im industriellen Maßstab. Dafür stellt die Fraunhofer-Gesellschaft 6 Millionen Euro im Rahmen ihrer Systemforschung zur Verfügung. Diese Investitionen werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) – als erste konkrete Maßnahme im Strategieprozess – mit 15 Millionen Euro für die nächsten drei Jahre ergänzt. Insgesamt acht Fraunhofer-Institute sind am Verbund beteiligt.

Standardmeldung

Die Politikstrategie

Mit der Nationalen Politikstrategie Bioökonomie unterstützt die Bundesregierung den Wandel zu einer rohstoffeffizienten Wirtschaft, die nicht auf fossilen, sondern auf nachwachsenden Ressourcen basiert.