Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Arbeitskreis Biosynthese in Pflanzen und Mikroorganismen durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Das CaroMaize Projekt dient der Entwicklung von transgenen Mais Prototypen mit hohem Astaxanthin und ß-Carotin Gehalt als Tierfutter und die Produktion und Gewinnung der o.g. Carotinoide. 2. Arbeitsplanung: Neben einem bereits existierenden ß-Carotin Mais Prototyp wird durch Multigentransformation ein neuer transgener Prototyp zur Astaxanthin Akkumulation hergestellt und in eine 'high-oil maize inbred' eingekreuzt. Daraus wird ein mit Astaxanthin angereichertes Öl gewonnen, das für Fütterungsversuche von Lachs eingesetzt wird. Die Fütterungsversuchen an Hühnern erfolgen mit den Körner des ß-Carotin Mais. In einem systembiologischen Ansatz werden metabolische Interaktionen zusammen mit Transciptom-, Proteom und Metabolomanalysen an den beiden transgenen Prototypen durchgeführt. Die Hauptarbeiten des Antragstellers beinhalten das Screening von geeigneten Ketolase Genen, begleitende Analysen an den transgenen Linien und Metabolom Untersuchungen. Sie umfassen den gesamten Projektzeitraum.
Das Projekt "Beziehung zwischen der Schwefelversorgung und der N2-Fixierung von Leguminosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) - Bereich Pflanzenernährung durchgeführt. Leguminosen spielen als Futterpflanzen und in ganz besonderem Maße als Eiweißlieferanten eine wichtige Rolle. Weiterhin liefern sie in erweiterten Fruchtfolgen und vor allem im organischen Landbau beim Anbau in Mischkulturen oder als Vorfrucht durch ihre Fähigkeit zur N2-Fixierung einen wichtigen Beitrag für die Stickstoffversorgung der Pflanzen.Über die Bedeutung verschiedener Makro- und Mikronährstoffe für die N2-Fixierung liegen der Literatur zahlreiche Ergebnisse vor, während dem Element Schwefel seither wenig relative Bedeutung beigemessen wurde. In einem von der DFG geförderten Projekt (Sche 312/3-1, -/3-2) konnte zwar nachgewiesen werden, daß die N2-Fixierung bei S-Mangel abnimmt und die Nitrogenase-Aktivität sowie die Aktivität verschiedener Enzyme des C- und N-Stoffwechsels geringer ist, es konnte aber letztendlich nicht der Nachweis erbracht werden, ob der Ernährungszustand bezüglich Schwefel die N2-Fixierung direkt oder indirekt beeinflußt. Aus diesem Grund soll im geplanten Projekt geklärt werden, ob sich die Schwefelunterversorgung - direkt über die Synthese von Ferredoxin (4Fe-4S-cluster), das ein wichtiges Redoxsystem im Bakteroid darstellt, (aktive Knöllchen haben einen hohen S-Bedarf; Kuhlmann et al., 1982) oder- indirekt über eine Beeinflussung der 'energy charge' (Layzell, 1998) und des Kohlenhydratstoffwechsels der Wirtspflanze und hiermit über die Bereitstellung von C-Skeletten repressiv auf die N2-Fixierung auswirkt.Das Projekt soll insgesamt weiter Erkenntnisse zur kausalen Klärung der Frage der Bedeutung des Schwefels für die N2-Fixierung liefern.
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: NUMAFERM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NUMAFERM GmbH durchgeführt. Unter-Wasser-Klebstoffe, unbedenklicher Pflanzenschutz oder Antibiotika, die gegen multiresistente Mikroben wirken - was nach Utopie klingt, könnte längst Realität sein! Denn Peptide, 'kleine Proteine' aus bis zu 100 Aminosäuren, ermöglichen diese und viele weitere Innovationen. Und obwohl bereits in Laboratorien gut erforscht, ist eine Markteinführung des 'Super-Klebers', des 'Smart-Protects' oder des 'Antibiotika 2.0' bisher nicht möglich. Der maßgebliche Grund hierfür sind die Herstellungskosten des 'Wunder'-Rohstoffs. Das dominierende Verfahren, die chemische Synthese, ist kostenintensiv. Der durchschnittliche Preis für ein Kilogramm Peptid liegt heute bei 100.000-1 Mio. Euro. Zugleich sind chemische Synthesen nicht hochskalierbar und Peptide in größeren Mengen (größer als kg) nicht zugänglich. Aus diesen Gründen spielen Peptide derzeit kaum eine Rolle außerhalb von pharmazeutischen Anwendungen. Der NUMAFERM GmbH ist nun ein Quantensprung in der Herstellung von Peptiden gelungen. Auf der Basis der Forschungsarbeiten von Dr. Christian Schwarz (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf) wurde ein patentiertes Bioverfahren entwickelt, mit dem die Peptidproduktion um Größenordnungen günstiger gelingt. Mit uns wird der faszinierende Rohstoff Peptid für etablierte Anwendungen kosteneffizienter und für andere Applikationen erstmalig bezahlbar. NUMAFERM kommerzialisiert die Technologie für die Produktion von Peptiden im Kundenauftrag. Zudem begleiten wir unsere Kunden mit Know-How bei der Entwicklung eines marktreifen peptidbasierten Produkts. Wir bieten ebenfalls Peptidkandidaten mit antimikrobiellen und adhäsiven Eigenschaften direkt auf unserer Homepage an. Gegenüber Konkurrenztechnologien setzt sich unser Bioverfahren entscheidend ab, ist alleingestellt und äußerst wettbewerbsfähig - wie erste Projekte mit namenhaften Unternehmen belegen.
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 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 "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 "Wirkung erhoehter UV-B-Strahlung und anderer Stressfaktoren auf marines Phytoplankton" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt, Botanisches Institut durchgeführt. Im Vordergrund weiterer Arbeiten stehen 2 Schwerpunkte: 1) Untersuchungen an Reinkulturen des marinen Phytoplanktons; UV-B-Wirkung auf Aminosaeure- und Proteinsynthese (Analyse mit HPLC und Elektrophorese) sowie auf die Schluesselenzyme des C- und N-Stoffwechsels. 2) Bearbeitung der Assimilation von anorganischen N-Verbindungen bei marinem Phytoplankton unter Beruecksichtigung des Lichtfaktors (insbesondere UV-B der Sonnenstrahlung) an verschiedenen Standorten (Antarktis, Nordsee, Atlantik). Da die marinen Diatomeen im Vergleich zu anderen Mikroalgen gegenueber UV-B besonders empfindlich sind, sollen diese fuer eine detaillierte Analyse der primaeren UV-B-Wirkung, vor allem auf die Biosynthese der Aminosaeuren und Proteine mittels 15N- und 14C-markierten Substanzen bearbeitet werden. Neben Dosis-Effekt-Kurven wird auch die Reparaturfaehigkeit der UV-B-Schaeden beruecksichtigt. An verschiedenen Standorten wird die Auswirkung des UV-Anteils der Sonnenstrahlung vornehmlich auf den N-Haushalt und die Veraenderungen im Artengefuege erfasst. Von besonderem Interesse ist der Einfluss des Ozonlochs auf das antarktische Phytoplankton. Das Verhalten der einzelnen Phytoplanktonarten gegenueber UV-Stress an den verschiedenen Standorten soll Hinweise ueber moegliche Anpassungsmechanismen liefern.
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 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Miltenyi Biotec GmbH, Niederlassung Teterow durchgeführt. Gegenstand dieses Verbundprojektes ist es, neue, verbesserte Expressionssysteme zur industriellen Anwendung auf Basis des Gram-positiven Bakteriums Bacillus subtilis und darauf abgestimmte Fermentationsverfahren zu entwickeln. n diesem Teilprojekt steht die Optimierung eines Glukose/Acetoin-regulierten (acoA) -Expressionssystems im Mittelpunkt. Es ist vorgesehen, die Gene als SD, die für die Acetoinsynthese zuständig sind, auszuschalten. Es soll weiter geprüft werden, ob eine Kopiezahlerhöhung des SigL-Gens eine verstärkte Expression des SigmaL-abhängigen acoA-Promotors erlaubt. Des Weiteren soll eine optimale Balance zwischen der Kopienzahl des acoR-Gens und Kopiezahl des Expressionssystems gefunden werden, um eine Limitation des dieses positiven Regulators zu vermeiden. Weiterhin soll die Aktivität des acoA-Expressionssystems in Sporulations-defizienten B. subtilis Mutanten untersucht werden. Um eine möglichst hohe Proteinsyntheseleistung zu realisieren soll die Klonierung und Expression der Schlüsselgene für die Isocitratlyase und die Malatsynthase des B. licheniformis Glyoxylatzyklus in B. subtilis geprüft werden. Schließlich soll eine geeignete Fed-batch-Fermentationsstrategie für dieses Expressionssytem entwickelt werden. Die im Rahmen dieses Teilprojektes entwickelten B. subtilis Expressionssysteme und Fermentationsstrategien werden durch die MiltenyiBiotec GmbH in einem vorindustriellen Maßstab getestet. Die durch den Projektpartner EMAU etablierten Expressionsvektoren und -Stämme werden durch Miltenyi genutzt, um für Enzymproduktionsprozesse geeignete Fermentationsverfahren zu entwickeln. Insbesondere für Enzyme, die sich in den Standard E. coli Systemen nicht, oder nur unlöslich, exprimieren lassen werden alternative Systeme gesucht.
Das Projekt "Potential new enzymes in plant NO biosynthesis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Zierpflanzen- und Gehölzwissenschaften, Abteilung Zierpflanzenbau durchgeführt. This project aims at identifying the source enzyme(s) of polyamine-induced nitric oxide (NO). Polyamine-induced NO synthesis was discovered in the lab of the PI and is unprecedented. In contrast to published information about plant NO synthesizing enzymes, exogenous arginine is less effective than polyamines (putrescine, spermine, spermidine) in inducing rapid NO biosynthesis. As polyamine induction of NO synthesis is very rapid this indicates that perhaps known enzymes of plant NO biosynthesis or a new enzyme group for NO biosynthesis use polyamines as a substrate. The search will encompass the known AtNOS gene family and the polyamine oxidase gene family. The protein identified will be recombinantly purified and tested as a NO synthase and expressed under a chemically controlled promoter in Arabidopsis so that changes in NO biosynthesis and phenotype can be demonstrated. As polyamines have a wide-spread physiological significance in plants the project will give a new foundation to polyamine biology in plants.
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