Das Projekt "Teilvorhaben GEM: Hydrolytische Enzyme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie durchgeführt. Das YEASTPEC-Konsortium will die fermentative Verwertung von Pektin bzw. Pektinbausteinen (v.a. D-Galakturonsäure, GalA, und Arabinose, Ara), einem Reststoff der Agroindustrie, durch entsprechend modifizierte Stämme der Hefe Saccharomyces cerevisiae erreichen. In dem Teilvorhaben des Verbundpartners GEM sollen Enzyme identifiziert werden, die für die Freisetzung der monomeren Bestandteile von Pektin geeignet sind und in Hefe exprimiert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben JUB: Redoxbilanz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH - Life Sciences & Chemistry durchgeführt. Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae hat sich als ein beliebter Produktionsorganismus in der industriellen Biotechnologie etabliert. Dies beruht auf der außergewöhnlichen Einfachheit, mit der man hier zielgerichtete genetische Modifikationen durchführen kann. Tatsächlich konnten bereits einige natürliche Limitationen der Bäckerhefe überwunden werden, die anfangs einer Nutzung von Abfallbiomasse als Rohstoff entgegenstanden. Ein robuster genetisch veränderter Industriestamm, der Inhibitoren in Lignozellulose-haltigen Hydrolysaten tolerieren und neben Glukose auch Xylose zu Ethanol vergären kann, steht als Ausgangsplattform für das YEASTPEC Projekt zur Verfügung. Neben Lignozellulose-haltigen Abfallströmen gibt es preiswerte agro-industrielle Nebenströme, die reich an Pektin sind und daher ebenfalls attraktive Substrate für die industrielle Biotechnologie darstellen. In Europa, ist vor allem das gepresste Fruchtfleisch von Zuckerrüben (Zuckerindustrie) und Früchten (Fruchtsaftindustrie) in hohen Mengen verfügbar. Außer Glukose, sind die Hydrolysate dieser bisher weitgehend unerschlossenen Rohstoffe reich an Galakturonsäure (GalA) und Arabinose. Innerhalb des YEASTPEC Projektes soll ein robuster Industriestamm entwickelt werden, der Enzyme für die Hydrolyse der Polysaccharide in pektinhaltigen Abfällen ausscheiden und alle im Hydrolysat vorherrschenden Zucker, d.h. Glucose, GalA und Arabinose zu Ethanol vergären kann. Das inherente Redoxproblem des Stoffwechselweges für die GalA Vergärung soll durch Zufütterung von Glycerol gelöst werden, wodurch zusätzliche Reduktionsequivalente bereit gestellt werden. Glycerol ist das hauptsächliche Nebenprodukt der gegenwärtigen Biodieselproduktion und steht daher ebenfalls in hohen Mengen preiswert zur Verfügung. Der generierte Industriestamm soll zusätzlich für eine erhöhte Robustheit während der industriellen Fermentation, insbesondere gegenüber schwachen Säuren, verbessert werden.
Das Projekt "ERA-IB 4: IPCRES - Integrierte Prozess- und Zelloptimierung für die Industrielle Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH durchgeführt. Die Verwertung von Rohglycerolabfällen kann die Wirtschaftlichkeit der Biodieselproduktion erheblich verbessern. Um dieses Ziel mit Hilfe von Biokatalaysatoren zu erreichen, sind die Umsatzrate von Glycerol zu Produkten, die Integration von Prozessschritten und die Toleranz von Produktionssstämmen gegenüber den Verschmutzungen in Rohglycerol die zentralen Herausforderungen. Zwei wertvolle Produkte sollen aus Glycerol mit Hilfe von modifizierten Hefen als Biokatalysatoren hergestellt werden. Das Konsortium besteht aus industriellen und akademischen Partnern, die Expertisen in Bioprozess- und Zellengineering, in omics Technologien und in der Systembiologie aufweisen. Wir werden die Hefen Saccharomyces cerevisiae und Pichia pastoris mit den erforderlichen Genen/Stoffwechselwegen für die Herstellung von chiralen Aminoalkohole (CAA) und 1,2-Propandiol (PDO) ausstatten. Die Zellen werden sowohl mit Hilfe von Hochdurchsatz-Microscale Prozesstechniken als auch im größeren Maßstab charakterisiert. Daten von Transkriptom- und metabolischen Fluxanalysen werden mit Prozessdaten integriert und die Ergebnisse werden verwendet, um Stoffwechselwege und die 'Chassis'-Organismen zu optimieren. Diese Schritte werden wiederholt und werden eine zweite bzw. dritte Generation von verbesserten Biokatalysatoren hervorbringen. Die neuen Stämme, Prozesse und integrierten Methoden werden für die Biodieselindustrie im speziellen und für die Industrielle Biotechnologie im Allgemeinen von Nutzen sein.
Das Projekt "Integriertes Engineering der Essigsäuretoleranz von Hefe - INTACT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jacobs University Bremen gGmbH durchgeführt. Ein zentraler Fokus der weißen Biotechnologie ist es, fossile Rohstoffe durch nachwachsende Rohstoffe, d.h. pflanzliche Biomasse zu ersetzen. Dabei nimmt Lignozellulose-haltige Biomasse eine herausragende Rolle ein, da sie mit Abstand die größte Kapazität zur Bereitstellung nachwachsender Polysaccharide hat. Lignozellulose enthält immer azetylierte Polymere. Dies impliziert, dass entsprechende Biomassehydrolysate immer Essigsäure enthalten. Daher wird die Essigsäuretoleranz von industriell genutzten Mikroorganismen eine zentrale Rolle bei der Implementierung von nachhaltigen Herstellungsprozessen in der weißen Biotechnologie haben. Die Hefe Saccharomyces cerevisiae, einer der wichtigsten Mikroorganismen in der industriellen Biotechnologie, besitzt natürlicherweise eine beachtliche Toleranz gegenüber organischen Säuren und niedrigem pH-Wert. Dennoch ist ein besseres Verständnis und eine Verbesserung der Essigsäuretoleranz essentiell für die Entwicklung und Intensivierung von Hefe-basierten Bioprozessen. Im Rahmen dieses Projektes sollen die sich komplementierenden Expertisen der beteiligten Partner genutzt und die Ergebnisse von klassischem genetischen Mapping und vergleichender Genomik von Stämmen mit unterschiedlicher Essigsäuretoleranz, Evolutionary Engineering sowie Global Transcription Machinery Engineering miteinander integriert werden, um die Essigsäuretoleranz von S. cerevisiae zu verstehen und anschließend rational zu verbessern.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut Bioaktive Polymersysteme biopos e.V. Forschungsstandort Teltow-Seehof durchgeführt. 1. Vorhabenziel Biopos wird am WP2 des Verbundprojektes teilnehmen. Vorbehandelte Holz-Proben von Eucalyptus und Pappel werden durch enzymatische Hydrolyse charakterisiert und in monomere Kohlenhydrate umgewandelt. 2. Arbeitsplanung Nach Vorbehandlung der LCF-Rohstoffe werden die Einzelzucker (C-5, C-6) mittels enzymatischer Hydrolyse hergestellt und mittels DC und HPLC charakterisiert. Nach der quantitativen Auswertung der erhaltenen isolierten C-5 und C6-Zucker-Gemische werden diese entsprechend der quantifizierten Einzelzucker mit entsprechenden Hefe-Stämmen zu Ethanol fermentiert. Dazu werden Hefen verwendet, die sowohl C-5 als auch C-6 Zucker umsetzen (Saccharomyces cerevisiae zur Fermentation von Glucose and Pichia stipitis zur Fermentation von Xylose). Die Hefe-Stämme werden während der Projektzeit im FI Biopos e. V. kultiviert, so dass eine Fermentation zu Ethanol kontinuierlich möglich ist. Die Ausbeuten an Ethanol werden mittels HPLC (Quantifizierung) und Ermittlung der Gewichtsabnahme (CO2-Bildung) sowie voluminetrisch (CO2-Quantifizierung) bestimmt.
Das Projekt "Pure and modified humic substances exert mild stress and affect Caenorhabditis elegans life-span" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Biologie, Arbeitsgruppe Gewässerökologie durchgeführt.
Das Projekt "Pflanzlicher Metabolismus von Xenobiotika" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fachgebiet Geobotanik durchgeführt. Pflanzen sind den verschiedensten Fremdstoffen ausgesetzt, u.a. auch den von Menschen eingesetzten Xenobiotika, die Bestandteile von Herbiziden, Insektiziden und Wachstumsregulatoren sind. Diese Xenobiotika werden häufig nach Konjugation mit dem Tripeptid Glutathion metabolisiert, kompartimentiert und damit physiologisch inaktiviert. Aber auch endogene Metabolite können in der Pflanze an Glutathion konjugiert und abgebaut werden. Die molekularen Komponenten des pflanzlichen Glutathion-Konjugat-Katabolismus und deren Funktionen sind allerdings noch wenig verstanden und sollen näher untersucht werden. Es ist vorgesehen, diesen metabolischen Weg in Saccharomyces cerevisiae zu modellieren. Die Hefe ist ein ideales System, um den Glutathion Konjugat-Abbau zu rekonstituieren und zu analysieren. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zurück auf das Pflanzensystem übertragen. Zusätzliche Ziele sind die funktionellen Analysen der pflanzlichen Glutathion-S-Transferasen und der Phytochelatin-Synthase beim Konjugat-Metabolismus. Zu diesem Ziel werden durchgeführt: i) Expressionsanalysen in Hefe, um Substrat-Spezifitäten innerhalb der Familie der Glutathion-S-Transferasen zu charakterisieren; ii) pflanzengenetische Ansätze, um synthetisch erzeugte Mutanten in Abhängigkeit von der Funktion der Phytochelatin-Synthase zu erkennen; iii) Analyse des Schwefel-Metaboloms in Arabidopsis durch Einsatz von stabilen Schwefel-Isotope und ultrahochauflösender Massenspektroskopie, um die Änderungen in den Poolgrößen von Glutathion und seinen Derivaten zu verfolgen.
Das Projekt "Ammonium Transport in Plants: Strategic Mole in Nitrogen Efficiency (EURATINE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fakultät für Biologie, Botanisches Institut durchgeführt. Current agriculture requires high inputs of nitrogen fertilizers, causes many secondary problems like nitrate leaching, contamination of the ground water, and the accumulation of nitrate in edible plant parts up to human-toxic concentrations. Therefore, an important future development in agroindustry will be identification or development of plants that are able to efficiently use low nitrogen levels in soils by maintaining high crop yield and quality. NH4+ transporters must play a strategic role in plant nitrogen efficiency. Despite their importance, the first ammonium transporters were cloned just recently, from the yeast Sacchraromyces cerevisiae and the plant Arabidopsis thaliana, by two participants of this project. The two proteins (MEP1/AMT1) are highly similar in sequence and define a new family of transporters also conserved in bacteria and animals. Preferential expression of plant NH4+ transporters in root hairs is strongly indicative of a pivotal role in nitrogen nutrition. EURATINE's objective is to use this recently acquired knowledge to perform an exhaustive molecular analysis of NH4+ transport proteins in the model plant Arabidopsis thailiana and to characterise their role in uptake of NH4+ from the soil and/or from symbiotic bacteria. Ammonium uptake into and efflux from nitrogen-fixing bacteria will also be analyzed with respect to their propensity to modulate legumes. In parallels, a targeted analysis of NH4+ transporters will be carried out in the yeast Saccharomyces cerevisiae, which will be used both as an essential tool to characterise plant transporters and as a model to study regulatory mechanisms in NH4+ transport.
Das Projekt "Entwicklung eines innovativen biotechnologischen Verfahrens zur Herstellung bioabbaubarer Polymere durch erstmaligen Einsatz rekombinanter Hefen - Förderschwerpunkt: Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle, Sektion Umweltmikrobiologie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Eine kommerzielle Nutzung mikrobiell erzeugter Produkte, wie Polyhydroxyalkanoaten (PHA), im Sinne einer Umweltvorsorge erscheint auf Grund ihrer Eigenschaften, insbesondere wegen ihrer biologischen Abbaubarkeit, und ihrer vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten sinnvoll und notwendig. Sie so preiswert zu produzieren, dass sie in der Konkurrenz mit eingeführten Kunststoffen wie Polypropylen oder Polyethylen bestehen, ist eine große Herausforderung an bio-, natur- und ingenieurwissenschaftliche Disziplinen. Weltweit werden Anstrengungen unternommen, dieses Ziel zu erreichen. Sie bestehen in der weiteren Optimierung vorliegender innovativer Verfahren sowie bekannter bakterieller 'Produzenten' und im Screening nach neuen Produzenten. Dabei stellt sich die Frage, wie gut es gelingt, Organismen, die sich bereits in anderen biotechnischen Prozessen bewährt haben und Vorzüge aufweisen, für die Synthese von PHA durch gentechnische Maßnahmen 'aufzubereiten'. Dazu zählt unter anderem die Backhefe Saccharomyces cerevisiae. Sie zur PHA(B)-Synthese zu befähigen, zu der sie als Wildtyp nicht in der Lage ist, wurde bereits erprobt. Dieser Projektvorschlag favorisiert zwei sog. nicht konventionelle Hefen: Arxula adeninivorans, die molekularbiologisch sehr gut untersucht ist und wofür ein Expressionssystem vorliegt, und die oleogene Hefe Debaryomyces hansenii, letztere, da sie bereits über eine metabolisch-regulatorische Prä-Disposition verfügen dürfte. Aufgabe war es, I) durch transformative Übertragung diese Spezies' zur PHB-Synthese zu befähigen, II) die Expression und Leistung(sfähigkeit) der Transformanten zu analysieren und iii) Methoden zum Aufschluss der Zellen und damit zur Gewinnung von PHA zu erproben. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: I): Die einzelnen PHB-Gene von R. eutropha (beta-Ketothiolase, Acetoacetyl-CoA-Reduktase, PHB-Synthase) bzw. das PHB-Synthasegen von M. extorquens wurden sowohl in die Hefe Saccharomyces cerevisiae als Hefe-Modellsystem als auch in Arxula adeninivorans (als einem Modellobjekt für die heterologe Expression in einem 'Nicht-Saccharomyces-Stamm') und in die Fetthefe Debaryomyces hansenii übertragen und dort exprimiert. Durch Nutzung verschiedener Arxula-Stämme ließ sich ein möglicher Einfluss der Zellmorphologie auf die Produktbildung untersuchen. Für die Expression in Debaryomyces hansenii musste zunächst ein Expressionssystem entwickelt werden. Neben dem Nachweis der Aktivitäten der PHB-Enzyme wurde PHB nachgewiesen. Die Untersuchungen zur Expression in D. hansenii wurden, wie bei A. adeninivorans beschrieben, durchgeführt. Und II): Die Rekombinanten Hefen A. adeninivorans D. hansenii wurden batch wise und kontinuierlich vermehrt und die Produktbildung versucht zu provozieren bzw. zu stimulieren. Die Experimente wurden in Schüttelkolben und in Bioreaktoren (Fermentoren) durchgeführt, nur wenige im 'zig-Liter'-Maßstab. ...
Das Projekt "Schwermetalle in den Abwaessern der Brennerei und Untersuchungen zur Eliminierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Versuchs- und Lehranstalt für Spiritusfabrikation und Fermentationstechnologie in Berlin durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die Schwermetallgehalte verschiedener Brennereirohstoffe ermittelt. Am Beispiel einer melasseverarbeitenden Brennerei wurde der Weg der Schwermetalle vom Rohstoff ueber die einzelnen Verarbeitungsschritte, Gaerung, Destillation bis hin zur Schlempe bilanziert. Der Einfluss von vier ausgewaehlten Schwermetallen auf die Stoffwechselaktivitaet der Brennereihefe Saccharomyces cerevisiae wurde in Laborexperimenten bestimmt. Den Abschluss der Untersuchungen bildete die Entwicklung eines biologischen Verfahrens, das die Abtrennung von Schwermetallen aus dem organisch hoch belasteten Brennereiabwasser - Melasseschlempe - ermoeglicht. Die Bilanzierung zeigte, dass die im Brennereiabwasser detektierten Schwermetallkonzentrationen primaer auf die eingesetzten Rohstoffe zurueckzufuehren sind. Eine Ueberschreitung der gesetzlichen Grenzwerte nach der Indirekteinleiterverordnung konnte dabei fuer die Metalle Blei, Kupfer, Kobalt, Nickel und Zink beobachtet werden. Ein negativer Einfluss der detektierten Schwermetalle auf den adaptierten Produktionsstamm Saccharomyces cerevisiae konnte nicht nachgewiesen werden. Die Abtrennung der Schwermetalle aus dem Brennereiabwasser wurde durch biologisch induzierte Sulfid-Faellung realisiert. Die Untersuchungen wurden an einer anaeroben Abwasserreinigungsanlage mit einem Gesamtvolumen von 0,2 m3 durchgefuehrt. Bereits in der ersten, hydrolytischen Stufe fand eine quantitative Reduktion von Sulfat zu Sulfid statt. Um eine Hemmung der methanogenen Bakterien der zweiten Stufe zu verhindern, wurde ueberschuessiger Schwefelwasserstoff durch eine mit Kohlendioxid im Gegenstrom betriebene Strippingstufe ausgetrieben. Die Abtrennung des schwermetallsulfidhaltigen Ueberschussschlammes erfolgte durch zweistufige Sedimentation mit Rueckfuehrung. Hierbei fielen je 100 m3 Abwasser etwa 1,3 m3 Ueberschussschlamm an. Die Schwermetallkonzentrationen im Klarlauf wurden dabei im Durchschnitt um einen Faktor 10 im Vergleich zum unbehandelten Abwasser reduziert und die gesetzlichen Grenzwerte zum Teil deutlich, mindestens jedoch um den Faktor 2, unterschritten.
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