Das Projekt "Einfluss unterschiedlicher Eiweißversorgungsstufen in der Mastschweinefütterung auf das Emissionsverhalten von Mastschweinegülle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik durchgeführt. Hauptbestandteile der Gülle sind Kot und Harn. Anfallende Mengen und Zusammensetzung sind fütterungsabhängig. Mit der eiweißreduzierten Fütterung werden vor allem die Nieren entlastet. Sie müssen weniger Ammoniak aufgrund der reduzierten Aminosäurendesaminierung aus dem Blutplasma filtern und zu Harnstoff synthetisieren. Das Schwein benötigt weniger Wasser, um den Harnstoff zu lösen und auszuschleusen. Die Folge ist eine geringere abgesetzte Harnmenge. Da die abgesetzte Kotmenge in etwa gleich bleibt, produziert das Mastschwein weniger Gülle. Sie besitzt aber einen höheren Trockensubstanzgehalt. Es ändern sich sowohl ihre chemischen als auch ihre physikalischen Eigenschaften. Dies hat Auswirkungen auf das Emissionsverhalten, was sowohl gasförmige Nährstoffverluste als auch Geruchsstoffströme, Geruchsintensität und Geruchsempfindung (Hedonik) betrifft. Es sollen deshalb grundlegende Untersuchungen zur Emission von Geruchs- und Schadgasen für Güllen verschieden gefütterter Mastschweine durchgeführt werden. Die Ergebnisse sollen Grundlage vor allem für die emissionsrelevante Beurteilung von verschiedenen Haltungsverfahren und Fütterungsstrategien in der Mastschweinehaltung sein.
Das Projekt "Biologischer Abbau technisch relevanter Polymere und synthetischer Polymere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Institut für Mikrobiologie durchgeführt. Polymere stellen eine sehr umfangreiche Gruppe chemischer Verbindungen dar, die verschiedenen Stoffklassen angehoeren. Sie kommen in aussergewoehnlich grossen Mengen in unserer Biosphaere vor. Es handelt sich dabei um Substanzen, die aus solchen Molekuelen aufgebaut sind, in denen eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atomgruppierungen wiederholt aneinandergereiht sind. Polymere sind auch Hauptbestandteil der Kunststoffe. Hierbei handelt es sich um Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten oder durch biotechnologische Produktion entstehen. Der Abbau von Polymeren in Kunststoffen sowie von natuerlichen und synthetischen Kautschuken durch Bakterien und Pilze ist auf biochemischer und molekularer Ebene bisher wenig erforscht worden. Ein Verstaendnis der ablaufenden Vorgaenge koennte dazu beitragen, biotechnologische Verfahren zu entwickeln, solche polymeren Werkstoffe und Verpackungsmaterialien zu entsorgen oder in wiederverwertbare Substanzen zu ueberfuehren. Fuer wasserloesliche, technisch relevante Polymere ist die Kenntnis und ein Verstaendnis des Abbaus besonders wichtig, weil diese meist nicht rezyklisiert oder deponiert werden koennen. Darueber hinaus tragen Kenntnisse ueber die biologischen Abbaumechanismen dazu bei, polymere Materialien zu entwickeln, die gegenueber einem Abbau inert sind und die fuer besonders langlebige Anwendungen geeignet sind. Die am Abbau von aus Biosynthesen hervorgegangenen Polyamide, Poly(aepfelsaeure) und Naturkautschuk beteiligten Proteine sollen charakterisiert und deren Strukturgene kloniert werden. Daneben zielen Untersuchungen auch auf die Aufklaerung des mikrobiellen Abbaus synthetischer Polymere wie zB Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol oder Polyacrylsaeure sowie synthetischer Kautschuk ab.
Das Projekt "Proteomanalytische Untersuchung der Expansin-vermittelten Wachstumsdepression zweier unterschiedlich salzresistenter Maishybriden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Biologie I, Abteilung Allgemeine und Angewandte Botanik durchgeführt. Bodensalinität hat einen gravierenden Einfluss auf den Ernährungszustand und das Wachstum von Kulturpflanzen. Salzstress vermindert das Wachstum von Kulturpflanzen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass Salzstress bei Mais zu einer Alkalisierung des Apoplasten führt. Expansine sind apoplastische Proteine die für die Extensibilität der Zellwand und deren Wachstum verantwortlich sind. Sie haben ein saures pH-Optimum. Erste proteomanalytische Voruntersuchungen haben auch gezeigt, dass Expansine unter Salzstress vermindert werden und dass sie damit vermutlich wesentlich zur Wachstumsreduktion beitragen. Im vorliegenden Projekt soll die Regulation einzelner Expansin-Isoformen auf Transkriptebene sowie proteomanalytisch untersucht werden. Ein Expansinantikörper mit dessen Hilfe die Regulation einzelner Isoformen quantitativ in (2D-)Western-Blots sowie histologisch nachgewiesen werden kann, soll zum Einsatz kommen. Dazu sollen Kurzzeit- und Langzeit-Salzstress in verschiedenen Segmenten von Maisblättern untersucht werden. Weiterhin sollen das unterschiedliche Anpassungsvermögen mittels sensitiver und resistenter Maishybriden untersucht werden. Des Weiteren könnten Expansin-Isoformen auch durch posttranslationale Modifikationen reguliert werden. Im geplanten Projekt sollen daher Proteinphosphorylierungen an apoplastischen Proteinen untersucht werden. Optional soll im letzten Zeitraum des Antrags anhand eines revers-genetischen Ansatzes weiterhin eine Expansin-Isoform in Mais überexprimiert werden, um zu überprüfen, in wieweit diese Isoform zum verbesserten Wachstum unter Salinität beiträgt. Die Ergebnisse des Projekts werden maßgeblich zur Aufklärung des Beitrags der Expansine zur Wachstumsregulation von Mais unter Salzstress beitragen.
Das Projekt "Verwundungsaktivierter Abbau des Sesquiterpens Caulerpenin: Mechanismus und ökologische Bedeutung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für chemische Ökologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen der Isoprenoid-Biosynthese in marinen Makroalgen zu erlangen. Dabei soll die Wehrchemie der invasiven Grünalge Caulerpa taxifolia als Modellsystem vertiefend untersucht werden. Die chemische Verteidigung der Alge basiert nahezu exklusiv auf einem einzelnen dominanten Sesquiterpen, dem Caulerpenin. Der Gesamtkomplex von den frühen Stufen der CaulerpeninBiosynthese über beteiligte Intermediate bis hin zur durch Fraß oder mechanische Beschädigung hervorgerufenen Aktivierung des Caulerpeninabbaus soll durch chemisch-analytische und proteinbiochemische Methoden untersucht werden. Um ein Bild über die beeindruckend effiziente Wehrchemie des Caulerpenins und seiner Folgeprodukte zu erhalten, sollen in Freilandversuchen die im Labor erhaltenen Erkenntnisse an mechanisch und durch Fraß geschädigten Algen und deren Fraßfeinden überprüft werden. Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen die bisherige Wissenslücke über die Isoprenoidbiosynthese in marinen Makroalgen füllen und die Voraussetzung zur vertiefenden mechanistischen Betrachtung der sehr weit verbreiteten auf Isoprenoiden basierenden Wehrchemie anderer mariner Algen schaffen.
Das Projekt "Detoxification von Mykotoxinen in Hefe - Phase II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie durchgeführt. Pflanzenpathogene Pilze der Gattung Fusarium verursachen agronomisch bedeutende Krankheiten auf Getreide. Zusätzlich zur Ertragsminderung kommt es dabei zur Kontamination des Erntegutes mit Mykotoxinen. Für die wichtigsten Fusarium-Toxine, das als Proteinbiosynthese-Inhibitor wirkende Deoxynivalenol (DON) und das stark östrogen wirksame Zearalenon (ZON), sind nun nach toxikologischer Evaluierung EU-weite gesetzliche Maximalwerte in Vorbereitung. Die im Feld vom Pilz gebildeten Metaboliten stellen eine Gesundheitsgefährdung für Tier und Mensch dar. Allerdings sind pflanzliche und tierische Zellen (und wahrscheinlich der toxinproduzierende Pilz selbst) in gewissem Ausmaß imstande, die Mykotoxine in ungiftige Konjugate überzuführen. In diesem Projekt sollen die beteiligten Entgiftungsenzyme, die UDP-Glucuronosyl-transferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT) charakterisiert, sowie die gebildeten Mykotoxin-Konjugate mittels instrumenteller Analysenverfahren untersucht werden. Ziel des Projektes ist es, Bäckerhefe genetisch so zu verändern, dass die Detoxifikationsaktivität von exprimierten UGT- oder SULT-Kandidatengenen phänotypisch beobachtet werden kann, entweder in Form von Wachstum auf gifthältigem Medium, oder mithilfe von geeigneten östrogen-regulierten Reportergenen. Da die Säuger-UGTs im Lumen des endoplasmatischen Retikulums lokalisiert sind und Hefe das Ko-Substrat UDP-Glucuronsäure (UDP-GlcUA) nicht bilden kann, muss allerdings zuerst die Fähigkeit zur Biosynthese von UDP-GlcUA und möglicherweise auch jene zum effizienten Transmembran-Transport bereitgestellt werden. Derartige Stämme und solche, die das Sulfotransferase-Kosubstrat PAPS ('aktives Sulfat') effizient bereitstellen, sollen als Wirtszellen für die funktionelle Expression von humanen bzw. tierischen UGTs, sowie von tierischen und pflanzlichen SULTs dienen. Auch im Genom von Fusarium graminearum identifizierte UGT bzw. SULT-Gene sollen getestet werden. Neben der funktionellen Charakterisierung von heterologen UGT und SULT Genen soll auch getestet werden, ob sich endie hergestellten Hefestämme als Bioreaktoren zur Herstellung von Mykotoxinkonjugaten verwendet werdeneignen. Diese sind als Referenzsubstanzen für die Entwicklung von Analysenmethoden wichtig. Wenn es gelingt, die fremden Entgiftungsenzyme funktionell in Hefe zu rekonstituieren, hätte dies Bedeutung weit über den Aspekt der Mykotoxine hinaus. Ein Satz von Hefestämmen, die jeweils nur ein Detoxifikationsgen exprimieren, wäre generell für das Studium des Metabolismus von Medikamenten und anderen Substanzen sehr nützlich.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Das Ziel des geplanten Projekts besteht in der Entwicklung von Methanol-basierten biotechnologischen Produktionsprozessen für viele verschiedene chirale Substanzen, z.B. Enantiomere von 2-Methylsuccinat, 2-Hydroxy-3-Methylsuccinat, 2-Hydroxymethylbutanoat, 2-Hydroxy-2-Methylsuccinat und 3-Hydroxybutyrat. Primär werden Metabolic Engineering-Methoden eingesetzt, um den Kohlenstoff-Fluss in einem Primärstoffwechsel-Zyklus des methylotrophen Organismus M. extorquens hin zu den Produkten zu leiten. Verschiedene Enzymaktivitäten (Thioesterase, Lyase, CoA-Transferase und Oxidoreduktase) mit bestimmten Spezifitäten werden identifiziert, z.B. durch Sequenzvergleiche und anschließende biochemische Charakterisierung. Alternativ werden rationales Protein-Engineering sowie Screening-Ansätze verwendet, um die nötigen Katalysatoren zu erhalten. Je nach Produkt müssen eines oder mehrere der entsprechenden Gene in M. extorquens eingebracht werden. Außerdem muss die Expression einiger endogener Gene in induzierbarer oder reprimierbarer Weise kontrolliert und zudem die Aktivitäten verschiedener Enzyme aufeinander abgestimmt werden. Ein metabolisches Netzwerkmodell wird entwickelt, mithilfe dessen Angriffspunkte für Kohlenstoff-Fluss-Veränderungen identifiziert werden. Ferner werden damit ausgeglichene metabolische Netzwerke, die die Syntheseodule enthalten, modelliert und optimiert. Die rationalen Stammentwicklungs-Ansätze, die das Ausschalten von Produktimport-Proteinen einschließt, werden durch Screenings oder Selektions-Verfahren zur weiteren Optimierung der Produktionsstämme ergänzt. Um zu effizienten Produktionsverfahren zu kommen, werden sowohl der Fermentationsprozess als auch die Aufarbeitungs- und evtl. Derivatisierungs-Prozeduren im Labormaßstab aufgebaut und optimiert. Zur Demonstration des Potential und der Wettbewerbsfähigkeit dieses realistischen Bioökonomie-Beispiels wird die Marktsituation der Produkte untersucht und deren Verwendung für Synthesen getestet.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Fachbereich 13 Biologie, Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Das Ziel des geplanten Projekts besteht in der Entwicklung von Methanol-basierten biotechnologischen Produktionsprozessen für viele verschiedene chirale Substanzen, z.B. Enantiomere von 2-Methylsuccinat, 2-Hydroxy-3-Methylsuccinat, 2-Hydroxymethylbutanoat, 2-Hydroxy-2-Methylsuccinat und 3-Hydroxybutyrat. Primär werden Metabolic Engineering-Methoden eingesetzt, um den Kohlenstoff-Fluss in einem Primärstoffwechsel-Zyklus des methylotrophen Organismus Methylobacterium extorquens hin zu den Produkten zu leiten. Verschiedene Enzymaktivitäten (Thioesterase, Lyase, CoA-Transferase und Oxidoreduktase) mit bestimmten Spezifitäten werden identifiziert, z.B. durch Sequenzvergleiche und anschließende biochemische Charakterisierung. Alternativ werden rationales Protein-Engineering sowie Screening-Ansätze verwendet, um die nötigen Katalysatoren zu erhalten. Je nach Produkt müssen eines oder mehrere der entsprechenden Gene in M.extorquens eingebracht werden. Außerdem muss die Expression einiger endogener Gene in induzierbarer oder reprimierbarer Weise kontrolliert und zudem die Aktivitäten verschiedener Enzyme aufeinander abgestimmt werden. Ein metabolisches Netzwerkmodell wird entwickelt, mithilfe dessen Angriffspunkte für Kohlenstoff-Fluss-Veränderungen identifiziert werden. Ferner werden damit ausgeglichene metabolische Netzwerke, die die Synthesemodule enthalten, modelliert und optimiert. Die rationalen Stammentwicklungs-Ansätze, die das Ausschalten von Produktimport-Proteinen einschließt, werden durch Screenings oder Selektions-Verfahren zur weiteren Optimierung der Produktionsstämme ergänzt. Um zu effizienten Produktionsverfahren zu kommen, werden sowohl der Fermentationsprozess als auch die Aufarbeitungs- und evtl. Derivatisierungs-Prozeduren im Labormaßstab aufgebaut und optimiert. Zur Demonstration des Potential und der Wettbewerbsfähigkeit dieses realistischen Bioökonomie-Beispiels wird die Marktsituation der Produkte untersucht und deren Verwendung für Synthesen getestet.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Insilico Biotechnology AG durchgeführt. Das Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung von Methanol-basierten biotechnologischen Produktionsprozessen für viele verschiedene chirale Substanzen, z.B. Enantiomere von 2-Methylsuccinat, 2-Hydroxy-3-Methylsuccinat, 2-Hydroxymethylbutanoat, 2-Hydroxy-2-Methylsuccinat und 3-Hydroxybutyrat. Primär werden Metabolic Engineering-Methoden eingesetzt, um den Kohlenstoff-Fluss in einem Primärstoffwechsel-Zyklus des methylotrophen Organismus Methylobacterium extorquens hin zu den Produkten zu leiten. Verschiedene Enzymaktivitäten (Thioesterase, Lyase, CoA-Transferase und Oxidoreduktase) mit bestimmten Spezifitäten werden identifiziert, z.B. durch Sequenzvergleiche und anschließende biochemische Charakterisierung. Alternativ werden rationales Protein-Engineering sowie Screening-Ansätze verwendet, um die nötigen Katalysatoren zu erhalten. Je nach Produkt müssen eines oder mehrere der entsprechenden Gene in M. extorquens eingebracht werden. Außerdem muss die Expression einiger endogener Gene in induzierbarer oder reprimierbarer Weise kontrolliert und zudem die Aktivitäten verschiedener Enzyme aufeinander abgestimmt werden. Ein metabolisches Netzwerkmodell wird entwickelt, mithilfe dessen Angriffspunkte für Kohlenstoff-Fluss-Veränderungen identifiziert werden. Ferner werden damit ausgeglichene metabolische Netzwerke, die die Synthesemodule enthalten, modelliert und optimiert. Die rationalen Stammentwicklungs-Ansätze, die das Ausschalten von Produktimport-Proteinen einschließt, werden durch Screenings oder Selektions-Verfahren zur weiteren Optimierung der Produktionsstämme ergänzt. Um zu effizienten Produktionsverfahren zu kommen, werden sowohl der Fermentationsprozess als auch die Aufarbeitungs- und evtl. Derivatisierungs-Prozeduren im Labormaßstab aufgebaut und optimiert. Zur Demonstration des Potential und der Wettbewerbsfähigkeit dieses realistischen Bioökonomie-Beispiels wird die Marktsituation der Produkte untersucht und deren Verwendung für Synthesen getestet.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Chiracon GmbH durchgeführt. Das Ziel des geplanten Projekts besteht in der Entwicklung von Methanol-basierten biotechnologischen Produktionsprozessen für viele verschiedene chirale Substanzen, z.B. Enantiomere von 2-Methylsuccinat, 2-Hydroxy-3-Methylsuccinat, 2-Hydroxymethylbutanoat, 2-Hydroxy-2-Methylsuccinat und 3-Hydroxybutyrat. Primär werden Metabolic Engineering-Methoden eingesetzt, um den Kohlenstoff-Fluss in einem Primärstoffwechsel-Zyklus des methylotrophen Organismus Methylobacterium extorquens hin zu den Produkten zu leiten. Verschiedene Enzymaktivitäten (Thioesterase, Lyase, CoA-Transferase und Oxidoreduktase) mit bestimmten Spezifitäten werden identifiziert, z.B. durch Sequenzvergleiche und anschließende biochemische Charakterisierung. Alternativ werden rationales Protein-Engineering sowie Screening-Ansätze verwendet, um die nötigen Katalysatoren zu erhalten. Je nach Produkt müssen eines oder mehrere der entsprechenden Gene in M. extorquens eingebracht werden. Außerdem muss die Expression einiger endogener Gene in induzierbarer oder reprimierbarer Weise kontrolliert und zudem die Aktivitäten verschiedener Enzyme aufeinander abgestimmt werden. Dafür, und um Angriffspunkte für Kohlenstoff-Fluss-Veränderungen identifizieren sowie ausgeglichene metabolische Netzwerke mit den synthetischen Modulen modellieren und optimieren zu können, wird ein metabolisches Modell entwickelt. Die rationalen Stammentwicklungs-Ansätze, die auch das Ausschalten von Produktimport-Proteinen einschließt, werden durch Screenings oder Selektions-Verfahren zur weiteren Optimierung der Produktionsstämme ergänzt. Um zu effizienten Produktionsverfahren zu kommen, werden sowohl der Fermentationsprozess wie auch die Aufarbeitungs- und evtl. Derivatisierungs-Prozeduren im Labormaßstab aufgebaut und optimiert. Um das Potential und die Wettbewerbsfähigkeit dieses realistischen Bioökonomie-Beispiels zu demonstrieren, wird die Marktsituation der Produkte untersucht und deren Verwendung für Synthesen getestet.
Das Projekt "Untersuchungen der Produktion und Biosynthese von Bouvardin aus endophytischen Mikroorganismen einer in Mexiko beheimateten Heilpflanze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Chemie, Fachgebiet Organische Chemie - Biologische Chemie durchgeführt. Im Rahmen des Projekts soll die Biosynthese des bizyklischen Hexapeptids Bouvardin aufgeklärt werden. Dazu folgen wir einer neuen Hypothese, die nicht wie ursprünglich angenommen als Produzenten die Pflanze Bouvardia ternifolia untersucht, sondern die auf der Pflanze endophytisch lebenden Mikroorganismen. Dazu werden die Mikroorganismen von unserem Kooperationspartner in Mexiko (die Pflanze wächst nur dort) von der Pflanze isoliert, vereinzelt und anschließend in unseren Laboren (TUB) untersucht. Dazu werden wir die Organismen in Schüttelkolben unter verschiedenen Anzuchtbedingungen (Temperatur, Medienzusammensetzung, Kultivierungsdauer etc. ...) in Kultur nehmen und sie anschließend nach etablierten Protokollen auf die Produktion von Bouvardin untersuchen. Nach der Identifikation von Bouvardin produzierenden Organismen werden diese sequenziert und mittels genome-mining die für die Produktion verantwortlichen Gene identifiziert. Diese Gene werden anschließend von genomischer DNA (im Falle eines prokaryotischen Organismus) bzw. von mRNA (im Falle eines eukaryotischen Organismus) kloniert und in etablierten Laborstämmen heterolog exprimiert. Die exprimierten Proteine werden anschließend mittels FPLC gereinigt. Dies soll die in vitro Produktion von Bouvardin ermöglichen. Parallel werden wir die für die Produktion von Bouvardin verantwortlichen Gene auch gleichzeitig im selben Organismus exprimieren um die in vivo Produktion zu ermöglichen.
