Das Projekt "Modellhafter Einsatz des Biokatalysators Transglutaminase zur Erhöhung der mikrobiologischen Sicherheit von Fisch und Fischprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Lebensmittelwissenschaft durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Das Projekt verfolgt umweltrelevante und ökonomische Zielsetzungen, die durch enzymkatalysierte Texturverfestigung des Rohstoffs Fisch gelöst werden sollen. Die Schonung und bessere Nutzung der natürlichen Nahrungsquelle Fisch steht im Vordergrund. Außerdem sollen verringerte Verarbeitungsverluste und eine Ausweitung der Produktionskapazität den gestiegenen Bedarf an gesundheitsfördernden und sicheren Fischprodukten decken. Die Verarbeitung von Salzwasserfisch (Heilbutt) stellt wegen der wässrigen Textur (Wasserheilbutt) vieler Fangchargen ein bis heute ungelöstes Problem dar und führt aufgrund dieser schlechten Verarbeitungseigenschaften (mechanische und thermische Instabilität) zu hohen Gar- und Transportverlusten. Die Innovationsmethode enzymkatalysierte Texturverfestigung in Verbindung mit der Lakebehandlung soll die Rohstoff- und Verarbeitungsverluste verringern und somit das Schutzziel der ökologischen Nachhaltigkeit erfüllen. Das Produkt Süßwasserfisch (Regenbogenforelle) aus dem Aquafarming hat durch haftungsbedingte Bewegungsarmut ebenfalls Texturprobleme. Wegen einer höheren mikrobiologischen Primärkontamination besteht die Notwendigkeit einer ausreichenden Durcherhitzung (Pasteurisation) bei der Verarbeitung. Die Texturverfestigung soll hier temperaturstabile Rohstoffe liefern, die sich für die Verarbeitung zu neuartigen Fisch-Convenience-Produkten mit dreiwöchigem Schelflife im Kühlregal eignen. In Analogie zum Heilbutt soll auch hier eine ökologisch/ökonomische Bilanzierung durchgeführt werden.
Fazit:
Transglutaminase (Protein-Glutamin ?-Glutamyltransferase, EC 2.3.2.12) ist ein Enzym, das den Acyltransfer zwischen der ?-Carboxamidgruppe von peptid- oder proteingebundenem Glutamin und primären Aminen katalysiert. Fungiert die e-Aminogruppe von Lysinseitenresten desselben oder anderer Proteine als Nucleophil, entstehen e-(?-Glutamyl)-Lysin-Bindungen (e-(?-Glu)-Lys). Diese so genannten Isopeptidbindungen führen zu intra- bzw. intermolekularen Vernetzungen der Proteine. Diese enzymkatalysierte Proteinvernetzung beeinflusst die physikochemischen Eigenschaften des Endprodukts und begründet die lebensmitteltechnologische und biotechnologische Bedeutung von Transglutaminase als Verarbeitungshilfsstoff (Lösche, 2000). Es kommt zur Vernetzung nativer Eiweiße, wie Actomyosin und Myosin durch kovalente Bindungen, die wesentlich stärker sind als die Kräfte, die Muskeleiweiße bei Erhitzen stabilisieren (Kim et al. 1993). Den Haupteinsatzbereich der Transglutaminase sieht Nielsen (1995) in der Fleisch- und Fischverarbeitung. Den besonderen Vorteil in diesem Verarbeitungszweig beschreiben Motoki und Seguro (1998) in der Möglichkeit, aus kleinen Fleisch- und Fischstücken wieder größere restrukturierte Fleisch- oder Fischstücke zu erhalten. (Text gekürzt)
Das Projekt "Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Gewinnung rekombinanter Phospholipase A2 zur umweltschonenden Herstellung von Phospholipiden im Industriemaßstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Fachbereich Biochemie,Biotechnologie, Institut für Biotechnologie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Zur industriellen Gewinnung definierter Phospholipide verwendet man bisher chemische und zum Teil bereits enzymatische Methoden. Letztere basieren oft auf Enzymen aus Säugetieren, z. B. Phospholipase (PLA2) vom Schwein, die aus Sicherheitsbedenken (Virus- und Prioneninfektion) und religiösen Vor-behalten (bei jüdischer und moslemischer Religionszugehörigkeit) wenig Zukunft haben. Im Rahmen des Vorhabens wurde daher die Entwicklung eines Verfahrens zur Gewinnung von rekombinanter PLA2 angestrebt. Dieses Enzym soll die gegenwärtig verwendete PLA2 ersetzen und außerdem die Basis bilden für neue enzymatische Reaktionen (Re- bzw. Transacylierung von Phospholipiden), die die zz. praktizierten chemischen Verfahren ersetzen und somit energie- und umweltfreundlicher gestalten sollen.
Fazit:
Die beiden Hauptziele des Projekts wurden erreicht. Es wurde ein Verfahren zur Herstellung einer PLA2 entwickelt, das ohne den Kontakt mit tierischen Geweben auskommt und zur Gewinnung von Lysophospholipiden sehr gut geeignet ist. Verhandlungen zur Überführung in die Industrie wurden aufgenommen. Noch zu prüfen ist die Frage der Toxizität der neuen Enzyme.
Durch die zur Analyse der Reacylierungssysteme verwendeten Methoden der statistischen Versuchsplanung wurden Grundlagen für eine umfassende Beschreibung und Optimierung dieser Systeme gelegt. Im Vergleich der beiden Enzyme, die für eine industrielle Anwendung in Frage kommen (PLA2 aus Schweinepankreas und PLA2 aus Bienengift), erwies sich erstere hinsichtlich der erreichbaren Produktausbeuten als überlegen.
Das Projekt "Verbund Industrielle Nutzung von Biokatalysatoren: Entwicklung eines modellhaften biotechnologischen Verfahrens zur umweltverträglichen fermentativen Produktion von Brenztraubensäure - Förderschwerpunkt Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Biotechnologie 1 durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Der steigende Bedarf an Brenztraubensäure (Pyruvat) im pharmazeutisch-medizinischen Bereich sowie als Nahrungsergänzungsmittel erfordert die Etablierung einer Alternative zur energieaufwändigen klassischen Herstellung durch Pyrolyse von Weinsäure. Ziel des Forschungsprojekts war daher die Entwicklung eines hocheffizienten biotechnologischen Verfahrens zur Herstellung von Pyruvat aus Glucose mittels rekombinanter Escherichia coli-Stämme. Die dabei eingesetzte Strategie, Zellwachstum und Produktbildung durch die Verfügbarkeit eines essenziellen Cosubstrats (Acetat) zu regulieren, besitzt Modellcharakter für viele Fermentationsprozesse. Fazit: Die im Projektantrag formulierten Ziele konnten klar erreicht und in vielen Fällen sogar übertroffen werden. Es konnte ein rekombinanter Escherichia coli-Stamm konstruiert und charakterisiert werden, der mit bisher unerreichten Raum-Zeit-Ausbeuten und Selektivität Glucose in Pyruvat umsetzt und ausscheidet. Die Evaluierung des Prozesses hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit ergab klare Vorteile für das biotechnologische Verfahren gegenüber dem chemischen Verfahren zur Pyruvat-Herstellung durch Brenzen von Traubensäure. Insofern kann ein sehr positives Fazit gezogen werden und das beschriebene Verfahren als Musterbeispiel für die Vorzüge biotechnologischer Produktionsprozesse mit rekombinanten Mikroorganismen aufgeführt werden.
Das Projekt "Isolierung und Charakterisierung kälteliebender Mikroorganismen-Gemeinschaften als Quelle neuartiger Biokatalysatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Regensburg, Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie, Lehrstuhl Mikrobiologie und Archaeenzentrum durchgeführt. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass Extremophile ein großes biotechnologisches Potenzial aufweisen. Allerdings sind bisher kälteliebende Mikroorganismen hinsichtlich ihrer biotechnologischen Einsatzmöglichkeiten kaum erforscht worden. In diesem Punkt könnte die Entdeckung einer neuartigen kälteliebenden Lebensgemeinschaft, die sich aus Bakterien und Crenarchaeota zusammensetzt, den Kristallisationskeim für eine zukünftige Niedertemperaturbiotechnologie darstellen. Durch entsprechende Kultivierungen könnte hierbei ein Reich neuartiger Organismen erschlossen werden, welches ein bisher völlig unbekanntes biotechnologisches Potenzial aufweisen könnte. In einem ersten Schritt sollen die Umweltbedingungen am Standort der neuentdeckten Lebensgemeinschaft durch periodische Analysen erfasst werden. Die erhaltenen chemischen und physikalischen Parameter charakterisieren den Standort und stellen eine wesentliche Grundlage für spätere Kultivierungsversuche dar. Eine weiterführende Charakterisierung dieser Lebensgemeinschaft soll durch die Kombination unterschiedlicher molekularer Methoden erreicht werden, wobei in situ phylogenetische Untersuchungen und FISH-Studien vorrangig eingesetzt werden. In einem weiteren Arbeitsschritt sollen die kälteliebenden Crenarchaeota sowie die stäbchenförmigen, bakteriellen Partner kultiviert und isoliert werden. Dieses Ziel soll durch die Verbindung von molekularen Analysen, neuen Kultivierungsmethoden und dem Lasermikroskop zur gezielten Zellvereinzelung erreicht werden. Nach dem Erhalt von ersten kälteaktiven Kulturen schließt sich der Nachweis auf entsprechende Enzymaktivitäten an, wobei als Testsysteme verschiedenartige feste Oberflächen verwendet werden. Besonders interessante Enzymaktivitäten sollen weiter verfolgt, die entsprechenden Enzyme angereichert und anschließend gereinigt werden.