Das Projekt "Teilprojekt Uni Frankfurt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften durchgeführt. In dem Verbundvorhaben BioC4 aus privaten und öffentlichen Europäischen Partnern soll ein industrieller Prozess zur fermentativen Herstellung von Bio-Isobutanol aus Miscanthus-Energiepflanzen sowie pflanzlichen Reststoffen entwickelt werden. Isobutanol ist eine vielversprechende Basischemikalie mit hohem Marktpotential, die zu anderen wertvollen Chemikalien umgewandelt oder als hochwertiger Biokraftstoff eingesetzt werden kann. Seine Herstellung mit Hilfe von rekombinanten Hefen als robusten Mikroorganismen ist ansatzweise gelungen, die bisher erreichten Produktionsraten und Ausbeuten genügen allerdings nicht den Anforderungen einer ökonomisch vertretbaren industriellen Herstellung. In diesem Teilprojekt sollen daher die Limitierungen der Isobutanol-Synthese in Hefen analysiert und Optimierungsmöglichkeiten entwickelt werden. Isobutanol kann in Hefen durch eine Kombination aus Valin-Biosynthese und -Abbau synthetisiert werden. Hefen vergären Zucker normalerweise über das Stoffwechselintermediat Pyruvat hauptsächlich zu Ethanol. Pyruvat ist aber auch das Ausgangssubstrat der Isobutanol-Synthese. Zur Steigerung der Isobutanol-Produktion wird daher zunächst durch genetische Modifikationen die Umwandlung von Pyruvat zu Ethanol blockiert. Danach soll die Einspeisung von Pyruvat in den Isobutanol-Weg verbessert und die Synthese anderer Nebenprodukte blockiert werden. Die einzelnen Enzyme des Isobutanol-Weges werden biochemisch charakterisiert und mittels genetischer Methoden optimiert. Ebenso wird die Redoxcofaktor-Balance angepasst. Letztendlich erfolgt eine Feinabstimmung des gesamten Biosynthese-Wegs zur weiteren Steigerung der Isobutanol-Produktionsraten und -Ausbeuten. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Steigerung der Isobutanol-Toleranz untersucht. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird letztlich ein industrieller Hefestamm entwickelt, der sowohl die Hexosen als auch Xylose in lignocellulosischen Hydrolysaten optimal zu Isobutanol vergären kann.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut für Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Das übergeordnete Ziel des Projektes ist, Gase und Gasgemische als neue Kohlenstoffquelle für mikrobielle Fermentationsverfahren nutzbar zu machen und so Rohöl-basierte Produktionsprozesse zu ersetzen. Dafür sollen anaerobe, autotrophe, acetogene Bakterien der Gattung Clostridium sowie aerobe, CO-oxidierende (carboxydotrophe) Bakterien der Gattung Oligotropha genetisch so modifiziert werden, dass mit ihnen aus Synthesegas oder Synthesegas plus O2 Basischemikalien und/oder Biokraftstoffe hergestellt werden können. Die anvisierten Produkte sind Isobutanol, Hexanol, 1,4-Butanol und 1,6-Hexanol. Das Ziel soll über die Entwicklung von molekularbiologischen Methoden für die Organismen und über 'metabolic engineering'-Ansätze, d.h. durch Expression von Genen für neue Synthesewege, durch Ausschalten von Konkurrenz-Stoffwechselwegen und über iterative Optimierung der Produktionsstämme erreicht werden. Das Vorhaben ist in vier Teilprojekte unterteilt: (A) Konstruktion und Analyse isobutanolbildender autotropher, acetogener Bakterienstämme. (B) Konstruktion und Analyse eines isobutanolbildenden aeroben, carboxydotrophen Bakterienstammes. (C) Konstruktion und Analyse von hexanol- und hexandiolbildenden, anaeroben acetogenen Bakterienstämmen (ggf. auch eines aeroben Carboxydotrophen). (D) Konstruktion und Analyse von 1,4-Butandiol-bildenden anaeroben, acetogenen und aeroben, carboxydotrophen Bakterienstämmen.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Biologie II, Bereich Mikrobiologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering').Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie und Biotechnologie, Abteilung Bioinformatik und Biochemie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering').Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Bioinformatik und Systembiologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Biofilm Centre, Molekulare Enzymtechnologie durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen wurden als dritte Domäne des Lebens vor ca. 40 Jahren etabliert. Sie dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering').Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit, Lehrstuhl für Chemie Biogener Rohstoffe durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes technisches Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von enzymeta GmbH durchgeführt. Die Verarmung fossiler Ressourcen und die Emission von Treibhaus-Gasen erfordern neue Strategien zur Nutzung von alternativen, nachhaltigen Ressourcen wie z.B. Lignocellulose. Derzeitig genutzte Verfahren benötigen jedoch aufgrund der stabilen und widerspenstigen Beschaffenheit von Lignocellulose weitere Optimierung. Archaeen dominieren extreme Habitate und gewinnen aufgrund ihrer Robustheit, ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften und stabilen Enzyme 'Extremozyme' ein wachsendes technisches Interesse. Jedoch sind Archaeen in Bezug auf biotechnologische Anwendungen weitgehend ungenutzt. Wir haben Sulfolobus acidocaldarius (Wachstum bei 75-80°C und pH 2-3) als unseren 'in vivo' Plattform-Organismus ausgewählt, da seine Wachstumsbedingungen denen zur Vorbehandlung von Lignocellulose (verdünnte Säure und Hitze) entsprechen. Für S. acidocaldarius sind genetische Werkzeuge und Methoden etabliert, die es ermöglichen neue Stoffwechseleigenschaften in den Organismus einzubringen ('metabolic engineering'). Das Ziel des Projektes ist es S. acidocaldarius als Chassis für die Produktion von Chemikalien aus Lignocellulose und als thermoacidophilen Biodetektor zu entwickeln. Dabei soll exemplarisch die Produktion von Bioalkoholen/Biotreibstoffen (hier Ethanol und Isobutanol) mit S. acidocaldarius entwickelt sowie an der Optimierung thermophiler Enzymkaskaden (in vitro 'metabolic engineering') gearbeitet werden. Der Einsatz von hitzestabilen Biokatalysatoren und die Durchführung von Reaktionen bei höheren Temperaturen bieten zahlreiche Vorteile wie z.B. erhöhte Löslichkeit, Vermeidung von Kontaminationsproblemen und vereinfachte Weiterverarbeitung für die Produktgewinnung (z.B. für flüchtige Produkte). Der Einsatz von S. acidocaldarius eröffnet somit neue Horizonte für alternative Prozesstechnologien (neue 'Ein-Topf' Strategien) mit Vorteilen bei der Rohstoffvorbehandlung, Prozessdurchführung und Produktgewinnung.
Das Projekt "Teilprojekt Uni Hohenheim" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften, Fachgebiet Nachwachsende Rohstoffe in der Bioökonomie (340b) durchgeführt. Im Verbundprojekt BioC4 wollen die Partner Lesaffre (Koordinator), INRA, Global Yeast, Goethe-Universität Frankfurt und die Universität Hohenheim ein ganzheitliches Verfahren zur Produktion von Isobutanol auf der Basis von Miscanthus Biomasse entwickeln. Isobutanol ist vielfältig als Basischemikalie und Biokraftstoff, bis hin zum Biokerosin einsetzbar. Die Partner Lesaffre, Goethe Universität Frankfurt und Global Yeast befassen sich im Projekt vorwiegend mit der Züchtung und Entwicklung eines industriereifen Hefe-Stammes, welcher in einem industriellen Isobutanol Produktionsprozess eingesetzt werden kann. Neben Isobutanol fallen im Isobutanol Produktionsprozess an unterschiedlichen Stellen Reststoffe an (z.B. bei der Vorbehandlung und/oder Destillation). Um den Produktionsprozess möglichst effizient, wirtschaftlich und nachhaltig gestalten zu können, sollen diese Reststoffe genutzt werden. Die Biogasproduktion bietet sich hierfür als einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Nutzung der Reststoffe an. Im Teilprojekt der Universität Hohenheim soll daher das Biogaspotential der im Isobutanol Produktionsprozess anfallenden Reststoffe mittels eines Biogas-Batch Test (nach V DI 4630) untersucht werden. In einem weiteren Schritt sollen die ökologischen, ökonomischen und sozialen Auswirkungen und Vorzüge des Miscanthusanbaus untersucht werden. Miscanthus bietet hier eine Vielzahl von ökologischen Vorzügen, welche die bisherige landwirtschaftliche Praxis in Europa positiv beeinflussen können. Allerdings bedarf es einer durchdachten Integration von Miscanthus in die bestehende landwirtschaftliche Praxis, um die ökologischen Vorzüge zu optimieren und gleichzeitig ökonomische und soziale Vorzüge, wie Schaffung neuer Einkommensquellen in ländlichen Gebieten und die Diversifizierung der Einkommensquellen für landwirtschaftliche Betriebe, zu erschließen. Ziel des Teilprojektes der Universität Hohenheim ist es daher auch, ausgewogene Konzepte auf Betriebs- und Landschaftsebene zu entwickeln, die zeigen wie der Miscanthusanbau und die Weiterverarbeitung in die bestehende Agrarproduktion integriert werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Zielsetzung ist zunächst die Identifikation der Formalkinetiken der Synthesegasverwertung von Clostridium aceticum und Clostridium carboxidivorans im kontrollierten Rührkesselreaktor, wobei insbesondere rekombinante Stämme zur Herstellung von Isobutanol, 1,4-Butandiol, 1-Hexanol und 1,6-Hexandiol untersucht werden sollen. Zur Untersuchung der Syngasverwertung im Litermaßstab soll ein neuartiges Hochdruckbioreaktorsystem entwickelt werden, das wahlweise als Rührkessel-, Blasensäulen-, Umlauf-, Membran-, Festbett- oder Tropfkörperreaktorsystem eingesetzt werden kann. Zielsetzungen sind zum einen die Identifikation besonders geeigneter Reaktorkonfigurationen für kontinuierliche Gasfermentationen (Raum-Zeit Ausbeute, Prozessstabilität) und zum anderen die modellgestützte Auswahl von geeigneten Betriebspunkten zur Erzielung hoher Produktkonzentrationen und/oder hoher Gasausbeuten. Das Vorhaben ist in drei Teilprojekte unterteilt: (i) Reaktionstechnische Untersuchungen zur Synthesegasverwertung von Clostridium aceticum im kontrollierten Rührkesselreaktorsystem. (ii) Reaktionstechnische Untersuchungen zur Synthesegasverwertung von Clostridium carboxidivorans im kontrollierten Rührkesselreaktorsystem. (iii) Vergleichende verfahrens- und reaktionstechnische Analysen von verschiedenen Bioreaktorkonzepten zur Synthesegas-Fermentation im kontrollierten Mehrzweckdruckreaktor zur Herstellung von Isobutanol, 1,4-Butandiol, 1-Hexanol und/oder 1,6-Hexandiol.
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