Biotechnologie/Systembiologie

Mikrotiterplatten dem industriellen Bioreaktor annähern

Viele gute Ideen, die im Forschungslabor beginnen, schaffen es nicht in die industrielle Praxis. Häufig liegt das daran, dass sich Prozesse, die im Kleinen funktionieren, unter den Bedingungen großer Produktionsanlagen ganz anders verhalten. So ist es beispielsweise mit monoklonalen Zellen: Klone, die in der Mikrotiterplatte noch einen guten Eindruck vermitteln, liefern manchmal im Bioreaktor ganz andere Ergebnisse.

Proteinanalysen mit Nanoporen statt Massenspektrometrie

Ob Forschung oder medizinische Wirkstoffproduktion: Oftmals ist es nötig zu überprüfen, ob ein Protein tatsächlich das Protein ist, das es sein soll, – oder worum es sich stattdessen handelt. Während DNA-Analysen inzwischen miniaturisiert und günstig geworden sind, benötigen Proteinanalysen noch immer teure Geräte und sind oftmals zeitaufwendige Verfahren. Geht es nur darum, ein bekanntes Protein zu überprüfen, ist die Massenspektrometrie derzeit das Mittel der Wahl.

Nachhaltige Tenside aus Pflanzenölen

Ob in Kosmetika, Wasch- oder Reinigungsmitteln: Wenn es um Schmutzbekämpfung geht, sind Tenside allgegenwärtig. Meist werden sie aus Erdöl hergestellt. Die oberflächenaktiven Moleküle sollen aber nicht nur wirksam und hautverträglich, sondern auch umweltfreundlich und biologisch abbaubar sein. Nachwachsende Rohstoffe rücken daher zunehmend in den Fokus der Tensidproduktion. An der Technischen Hochschule Köln wollen Forschende Pflanzenöle als Ausgangsstoff nutzen und so die waschaktiven Substanzen umweltfreundlicher machen.

Biokunststoffe konkurrenzfähig machen

Biokunststoffe liegen im Trend. Vor allem in der Verpackungsindustrie werden fossile Rohstoffe zunehmend durch biobasierte Alternativen ersetzt. Dennoch machen Biokunststoffe weniger als ein Prozent der weltweit jährlich mehr als 367 Millionen Tonnen produzierten Kunststoffe aus, wie Marktdaten von European Bioplastics aus dem Jahr 2022 zeigen. Dass Biokunststoffe noch ein Nischendasein führen, liegt auch an den meist noch höheren Produktionskosten. Das wollen Forschende der Universität Magdeburg ändern.

Enzymatische Bindung von Kohlendioxid verstehen

Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff für alle Lebewesen. Unsere Atmosphäre ist voll davon, doch die einzigen Lebewesen, die diesen Stickstoff direkt binden und nutzen können, sind einige Mikroorganismen. Sie verwenden dazu bestimmte Enzmye, sogenannte Nitrogenasen. Forschende interessieren sich jedoch noch aus einem zweiten Grund für diese Enzyme: Nitrogenasen können Kohlendioxid und Kohlenmonoxid binden und daraus Methan oder Ethylen bilden. Problematische Abfallstoffe werden so zu wertvollen chemischen Ressourcen.

Auf dem Weg zur CO2-Fixierung in lebenden Zellen

Das Molekül Acetyl-CoA entsteht als Zwischenprodukt in fast allen zellulären Stoffwechselprozessen und ist ein wichtiger Baustein für die Herstellung vieler lebenswichtiger Biomoleküle wie Biokraftstoffe, Biomaterialien und Medikamente. Der in der Natur etablierte Stoffwechselprozess nutzt dazu das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) und ist damit maßgeblich an der Umwandlung des Klimagases beteiligt.

ERC: Millionenförderung für Potsdamer Symbioseforscherin

Schätzungsweise 80 % aller Pflanzen leben in Symbiose mit sogenannten Mykorrhizapilzen, die sich an den Wurzeln der Pflanzen ansiedeln. Diese unterirdische Lebensgemeinschaft hat sich über Jahrmillionen bewährt, da sie sowohl für die Pflanze als auch für den Pilz äußerst vorteilhaft ist. Damit die Symbiose zustande kommt, besiedeln die Pilze die Wurzel und bilden in den Wurzelzellen kleine bäumchenartige Strukturen – die Arbuskeln. Über das Feinwurzelsystem im Boden, die sogenannten Hyphen, gelangen dann wichtige Nährstoffe wie Phosphat und Stickstoff in die Pflanze.

Leibniz-Preis für Marburger Bioingenieur

Pflanzen besitzen die Fähigkeit, durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft zu binden. Gleiches gilt für Algen und Bakterien, die durch die photosynthetische CO2-Fixierung, den so genannten Calvin-Zyklus, jährlich rund 70 Gigatonnen Kohlenstoff binden und damit der Atmosphäre entziehen. Die Stoffwechselwege der Mikroorganismen, die diese beeindruckende Leistung vollbringen, stehen im Mittelpunkt der Forschung von Tobias Erb.

„Bioinformatik kann die Landwirtschaft nachhaltiger gestalten“

Die Landwirtschaft muss sich an die Herausforderungen des Klimawandels anpassen, um die Ernährung mit wichtigen Nahrungspflanzen wie Getreide auch in Zukunft zu sichern. Agnieszka Golicz von der Justus-Liebig-Universität Gießen ist überzeugt, dass die Bioinformatik dazu einen entscheidenden Beitrag leisten kann. Denn die Fähigkeit von Nutzpflanzen, sich an den Klimawandel anzupassen, sei bereits in ihrem Genom verankert, sagt die Molekulargenetikerin. In ihrer Forschung nutzt sie daher Methoden der Bioinformatik, um die Genomdaten zu analysieren.

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