Forschungsübersicht

Im Rahmen einer nachhaltigen Bioökonomie und der damit verbundenen Rohstoffwende von fossilen hin zu nachwachsenden Roh- und Reststoffen ist Ziel am BLT-TeBi die Entwicklung biotechnologischer Verfahren zur biobasierten Produktion von Grund- und Feinchemikalien.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte liegen auf der mikrobiellen Nutzung von Synthesegas zur Herstellung von Essigsäure und Ethanol als Synthesebausteine. Geforscht wird weiter an der mikrobiellen Produktion von organischen Dicarbonsäuren als Kunststoffbausteine und Einzellerölen für verschiedene Anwendungen. Themen der enzymatischen Stoffumwandlung sind die Synthese von Glykolipid-Tensiden als Detergenzien und Kosmetika und die Gewinnung spezieller α- und β-Aminosäuren als Vorstufen für Pharmazeutika.

Charakterisierung maßgeschneiderter Biotenside - Mikrobielle, enzymatische & chemische Synthese - Prof. Dr. Christoph Syldatk:

Glykolipide sind umweltfreundliche Tenside mit breitem Einsatzgebiet in Kosmetika, Wasch- und Reinigungsmitteln, sowie in Lebensmitteln. Mit Hilfe von Enzymen aus dem natürlichen Fett- und Zuckerstoffwechsel von Pflanzen und Mikroorganismen können maßgeschneiderte Biotenside mit völlig neuen Eigenschaften hergestellt werden. Um eine wirtschaftliche Anwendbarkeit zu realisieren, werden neben der Entwicklung und Optimierung enzymatischer und mikrobieller Verfahren auch vergleichende Untersuchungen mit etablierten Erdöl-basierten Tensiden durchgeführt

„Fermentation gasförmiger Substrate“ - AkOR Dr. Anke Neumann

Gasförmige Substrate sind entweder als Abfallstrom der Stahlindustrie oder als Synthesegas (CO, CO2, H2) aus der bioliq®-Anlage am KIT verfügbar. Als alleinige Kohlenstoff- und Energiequelle ermöglichen sie die Produktion von organischen Säuren und Alkoholen durch anaerobe Gasfermentation. Diese stellt eine zukunftsträchtige und CO2-neutrale Alternative zu bisher auf Basis von Zuckern etablierten Bioraffineriekonzepten dar. Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Auswahl, Charakterisierung und Optimierung geeigneter Mikroorganismen bzw. Mischkulturen und der erforderlichen Prozessführung.

Mikrobielle Produktion von Dicarbonsäuren und Einzellerölen aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen - Dr. Ing. Katrin Ochsenreither

Aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen preiswert mikrobiell hergestellte Dicarbonsäuren und Einzelleröle lassen sich vielfältig als Ausgangsverbindungen zur Synthese von Energieträgern, Tensiden, Bioschmierstoffen und Biokunststoffen einsetzen. Gegenstand dieser Arbeiten ist die Untersuchung der Eignung verschiedener Lignocellulose- und Schwelwasserfraktionen als Substrate sowie die Auf- und Weiterverarbeitung der Produkte. Von großem Interesse ist dabei die Verwendung der bisher kaum untersuchten Gruppe der anaeroben Pilze aus Wiederkäuern.

"Chemoenzymatische Reaktionskaskaden zu ungewöhnlichen Aminosäuren" -  AkR PD Dr. Jens Rudat und DFG-Nachwuchsgruppe Dr.-Ing. Ulrike Engel

40% unserer Medikamente und 20% der Agrochemikalien enthalten chirale Amine und Aminosäuren (AS) als funktionelle Gruppe. Eine besondere Herausforderung für deren Produktion stellt die Synthese von AS dar, deren Struktur von jener der proteinogenen AS abweicht, z.B. d-AS, β-AS oder AS mit ungewöhnlicher Seitenkette.

Hierzu verfolgt die AG Biokatalyse interdisziplinäre Ansätze aus organischer Chemie, Mikrobiologie, Biochemie, Bioinformatik und (Bio‑)Verfahrenstechnik, um diese Substanzen mit Hilfe von Enzymen langfristig aus dem Ligninanteil von Pflanzenabfällen zu gewinnen.

Metabolic versatility of Parageobacillus thermoglucosidasius for alternative energy resources (MPaeR)

Die Fähigkeit zum Wachstum auf organischen wie auch auf gasförmigen Substraten machen das thermophile, fakultativ anaerobe Bakterium Parageobacillus thermoglucosidasius zu einem hochinteressanten Chassis für den Bau mikrobieller Zellfabriken. Die Aufklärung der molekularen Wechselwirkungen, die dieser metabolischen Vielseitigkeit zugrunde liegen, wird die Entwicklung rationaler und selektiver Strategien für einen Einsatz in der umweltfreundlichen Bioprozesstechnik erleichtern. Von besonderem Interesse ist hier die Erforschung der regulatorischen Grundlagen der Kohlenmonoxid (CO)-Oxidation und der Kohlenstoffassimilation.

Enzymatische Synthese nicht-kanonischer Aminosäuren

Nicht-kanonische Aminosäuren sind nicht über den genetischen Standardcode kodiert. Prominente Beispiele sind das Parkinsonmedikament l‑DOPA, d‑Phenylglycinderivate als Seitenketten von Ampicillin und Amoxicillin (bei Kindern meistverschriebene Antibiotika), sowie β‑Phenylalanin in den meisteingesetzten Chemotherapeutika Taxol und Taxotere (u. a. gegen Brust- und Prostatakrebs).

Ein wirtschaftlicher Zugang zu diesen Molekülen und damit zu essentiellen Medikamenten wird ermöglicht durch neue Mikroorganismen und Enzyme, deren bioinformatische Modellierung und Optimierung, sowie durch innovative Produktionsverfahren unter Nutzung nachhaltiger Substrate.