Das Projekt "Teilprojekt Uni Frankfurt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissen, Lehrstuhl Molekulare Mikrobiologie und Bioenergetik durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes 'Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2' (OBAC) ist es, relevante acetogene Bakterien gentechnisch derart zu modifizieren, dass energetische Barrieren überwunden werden können, welche die Wachstumsraten, Produktionsleistungen sowie die Produktpalette dieser Bakterien während der Gasfermentation einschränken. Das Ziel dieses Teilprojektes ist es, membran-gebundene und lösliche Enzyme (Rnf, Ech und Elektronen-bifurkierende Methylen-THF-Reduktasen), die den Energiehaushalt der Bakterien verbessern können, zu finden und zu charakterisieren. Nach der Produktion dieser Enzyme in den Zielorganismen wird TP1 die biochemische Charakterisierung der heterolog produzierten Enzyme vornehmen, um Bottlenecks zu erkennen und Produktausbeuten zu erhöhen. Das Vorhaben ist in aufeinander aufbauende Arbeitspakete gegliedert, in denen die Enzyme Ferredoxin:NAD-Oxidoreduktase (Rnf), energiekonservierende Hydrogenase (Ech) und elektronenbifurkierende Methylen-THF-Reduktase (MTHFR) gefunden und charakterisiert werden. Der Rnf-Komplex in Acetobacterium woodii ist bereits in den Anfängen charakterisiert, Ech und MTHFR müssen noch gefunden und charakterisiert werden. Mögliche Kandidaten sind mesophile methanogene Archäen und Butyrivibrio-Stämme. Im TP 3 wird durch Genomsequenzierungen nach weiteren Kandidaten gesucht. Die entsprechenden Enzyme werden nach dem im Arbeitsplan des Antrags detaillierten Programm biochemisch charakterisiert. Im weiteren Verlauf des Projektes werden die von den anderen Partnern hergestellten rekombinanten Stämme auf die entsprechenden Enzymaktivitäten überprüft, um Bottlenecks festzustellen und Aktivitäten gegebenenfalls erhöhen zu können.
Das Projekt "ERA-IB7 - OBAC: Überwindung energetischer Barrieren bei der acetogenen Umsetzung von CO2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Mikrobiologie und Genetik - Genomische und Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. Die Verwendung von CO2 als Rohstoff für die nachhaltige Produktion von Treibstoffen und Basischemikalien stellt eine umweltfreundliche Alternative zur Nutzung von energie- und kohlenstoffreichen Abfallgasen aus der Industrie dar und bietet die Möglichkeit, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren. Für die Entwicklung von entsprechenden nachhaltigen Prozessen sind acetogene Bakterien besonders vielversprechend, da sie unabhängig von Licht und Sauerstoff die Energieträger H2 oder CO oder eine Mischung beider (Synthesegase) verwenden, um CO2 in höherwertige Produkte umzuwandeln. Hauptziel von OBAC ist es, energetische Barrieren acetogener Bakterien zu überwinden. Hierzu sollen wichtige Vertreter genetisch so verändert werden, dass sie mehr Energie generieren und somit die Produktionsleistung gesteigert wird. Darüber hinaus wird eine Erweiterung der Produktpalette bzgl. industriell relevanter Verbindungen angestrebt. Ein Ziel dieses Teilvorhabens ist es, die genetische Basis zur Erzeugung von Produktionsstämmen durch Genomsequenzierungen eines breiten Spektrums von acetogenen Bakterien zu erweitern. In Kombination mit Transkriptionsanalysen sollen neue Angriffspunkte zur Stammoptimierung und Erweiterung der Produktpalette mittels 'metabolic engineering' identifiziert werden. Diverse acetogene Bakterien sollen sequenziert und auf besondere Genkassetten für die Energiekonservierung untersucht werden, die für rekombinante Produktionsstämme relevant sein könnten. Diese rekombinanten Stämme werden ebenfalls sequenziert und validiert. Transkriptionsanalysen werden allen Verbundpartnern bei der Identifizierung von solchen Genen und Stoffwechselwegen dienen, die auf veränderte Wachstumsbedingungen, insbesondere auf den Einsatz der Gase des Industriepartners Arcelor reagieren. Der Fokus wird dabei auf den rekombinanten Stämmen bzw. Produktionsstämmen sowie den Untersuchungen des Expressionsniveaus von Genen mit Relevanz für die Acetonproduktion liegen.
Das Projekt "Biochemie und Quantifizierung der Essigsäure-Konversion in Biogasanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Vorhandensziel: Neue Methoden zur Populationsgröße deuten an, dass der Anteil der acetoklastischen Methanproduzenten an der Organismengemeinschaft von methanogenen Archaea in der Biogasanlage gering ist. Es ist jedoch anzumerken, dass Acetat neben CO2 und H2 das Hauptprodukt der Umsetzung der Acidogenese und der Acetogenese ist. Also muss Acetat verstoffwechselt werden, damit der Gesamtprozess nicht zusammenbricht. Es wird diskutiert, dass acetogene Bakterien in der Biogasanlage einen Teil des Acetats syntroph zu CO2 und H2 oxidieren, was aber aus thermodynamischen Gründen höchst unwahrscheinlich ist. Das geplante Forschungsprojekt soll daher eine Erklärung liefern, wie Acetat in mesophilen Biogasanlagen tatsächlich umgesetzt wird. Zudem wird postuliert, dass die Acetogenese und die Methanogenese gewöhnlich den Flaschenhals der Biogasproduktion darstellen. Somit spielt die Umsetzung von Acetat eine entscheidende Rolle für die Gesamt-Produktivität einer Biogasanlage. Hier sollen Ansätze gefunden werden, um die Effizienz von Biogasanlagen zu steigern. Arbeitsplanung: 1) Biochemische Charakterisierung der Acetat-Umsetzung durch 'in situ' Analyse in Proben von Biogasanlagen. 2) Analyse des Metabolismus von acetoklastischen Methanogenen in Biogasanlagen. 3) Quantifizierung des Enzymgehalts von Schlüsselenzyme des Acetatabbaus 4) Quantifizierung der Expression von Genen der Schlüsselenzyme. 5) Charakterisierung von neuen Spezies, die in der Acetat-Umsetzung involviert sind.