Das Projekt "Vortragsreihe 'Pfingstsymposien 1999, 2000 und 2001 - Schritt fuer Schritt ins neue Jahrtausend' - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Trägerverbund des Zentrums für Umwelt und Kultur Benediktbeuern e.V. durchgeführt.
Das Projekt "Entwicklung innovativer Mikroreaktoren zur frühen Identifizierung industriell relevanter Enzymreaktionen am Beispiel der Esterase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität des Saarlandes, Lehrstuhl für Technische Biochemie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Durch moderne Methoden der Molekularbiologie kann in kurzer Zeit eine Vielzahl von Variationen von Enzymen erzeugt werden, von deren gezieltem Einsatz man höhere Wertschöpfungen bei reduzierter Umweltbelastung erwartet. In diesem Projekt wurden Systeme etabliert, die es gestatten, biokatalytische Reaktionen mit Umsetzung von Sauerstoff und/oder Säure in großer Zahl zu quantifizieren. Dazu wurden Mikrotiterplatten mit integrierter optischer Sensorik entwickelt und mit pH-Regelung sowie einer angepassten Screening-Methodik eingesetzt. Eine Esterase wurde rationell und evolutiv optimiert. Diese wurde mittels eines Autotransporter-Systems in E. coli an der Oberfläche der Zellen exprimert. Das Screening dieser Zellen wird mittels der pH-Sensorplatten durchgeführt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden; In einem Projektteil wurden Mikrotiterplatten mit integrierten Optosensoren für Sauerstoff und pH (Messung von Fluoreszenzabschwächung und -abklingzeit) entwickelt. Durch intrinsische Referenzierung sind die Platten kalibrationsarm. Die entwickelten Sensoren wurden charakterisiert anhand der Ansprechzeit, der Reproduzierbarkeit und der Querempfindlichkeit. Die Durchmischung in Mikrotiterplatten wurde durch Analyse von pH-Antworten auf Pulse von Alkali charakterisiert. Enzymatische Reaktionen wurden mittels der immobilisierten Sensoren anhand der pH- oder Sauerstoffänderung beobachtet. Zur Bestimmung kinetischer Parameter wurden geeignete Auswertemethoden unter Einsatz mathematischer Modelle erarbeitet, die für das industrielle Screening geeignet sind. Die Esterase EstA von B.gladioli und eine künstlich erzeugte Esterase EsjA wurden evolutiv variiert zum Einsatz als technischer Biokatalysator. Es geht dabei vornehmlich um die Racematspaltung von Estern. Ein Autotransporter-System in E. coli wurde für die Sekretion von Varianten dieser Esterase genutzt. In Verbindung mit den integrierten Platten und den Screening-Methoden ist eine neue Methode unter Verwendung ganzer Zellen zur schnellen Erzeugung und Testung der katalytischen Aktivität von Enzymen etabliert worden. Fazit: Mit den drei neuen in diesem Projekt entwickelten Mikrotiterplatten mit integrierten Sensoren für pH und Sauerstoff können Enzymkinetiken bestimmt werden. Diese sind in konventionellen Fluoreszenzreadern direkt einsetzbar und benötigen nur einen minimalen Aufwand für die Kalibrierung. Mit diesen Platten konnten umfangreiche Studien zum Mischen und Sauerstofftransport in Mikrotiterplatten durchgeführt werden. Die Platten sind nun kommerziell erhältlich und können auch zum Züchten von Zellen verschiedenster Art eingesetzt werden. Enzyme können mit einem neuen Autotransportersystem in E. coli exprimiert, an die Oberfläche sekretiert und dort aktiv präsentiert werden. Mit diesen Zellen wurden nach molekularer Evolution erste Screening-Tests mit den pH-Platten durchgeführt.
Das Projekt "InnovationsCentrum Biokatalyse ICBio - Entwicklung neuartiger Parallelverfahren zur effektiven Etablierung biokatalytischer Prozesse dargestellt am Beispiel der NAD(H)-Gewinnung für Biotransformationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Industriell realisierte biokatalytische Verfahren zeichnen sich im Vergleich zur chemischen Synthese durch einen geringeren Energieverbrauch aus, sind zielgerichteter (weitgehende Vermeidung von Neben- und Abfallprodukten) und Ressourcenschonender. Die Fortschritte in der biotechnologischen Grundlagenforschung und -anwendung erlauben es heute, Stoffwechselwege gezielt so zu verändern, dass natürliche (aber auch nichtnatürliche) Produkte wie beispielsweise ,chiral building blocks' (Jahresumsatz 2 Mrd. USDollar) mit höheren Ausbeuten und Selektivitäten hergestellt werden könnten. Damit könnte die chemische asymmetrische Synthese, die unter hohem Druck und hohen Temperaturen, bei Verwendung von giftigen Schwermetallkatalysatoren sowie großer Mengen organischer Lösungsmittel durchgeführt wird, zunehmend zurückgedrängt werden. Das Kernproblem ist gegenwärtig jedoch die zügige Umsetzung dieser Potenziale in industrielle Produktionsverfahren. Hierzu werden oftmals bis zu 10 Jahre und mehr benötigt. Die heutige sequenzielle Vorgehensweise (Biokatalysatorentwicklung im Hochdurchsatzverfahren - Bioprozessentwicklung im Laborbioreaktor - Überführung in den Produktionsmaßstab) führt sogar dazu, dass viele potenzielle biokatalytische Ansätze bereits in einer sehr frühen Entwicklungsphase nicht weiter verfolgt werden. Dies gilt besonders, wenn mit den bestehenden Paralleltechniken (Mikrofilterplatten, Schüttelkolben) das Potenzial nicht erkannt werden kann oder aufgrund des enormen Zeit- und Personalaufwands bei der nachfolgenden Prozessentwicklung im Laborbioreaktor nur wenige Biokatalysatoren intensiver untersucht werden können. Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung der wissenschaftlich-technologischen Grundlagen zur Hochdurchsatz-Bioprozessentwicklung: Hierzu soll ein Modul mit 48 Rührkesselreaktoren im 5 ml-Maßstab als ,Bioreaktorblock' entwickelt, mit paralleler nicht-invasiver Optosensorik zur online pH- und pO2-Messung ausgestattet und mit einem Labor-Roboter automatisiert werden, um sowohl Stamm- als auch Prozessentwicklung zeiteffektiv unter kontrollierten Reaktorbedingungen durchführen zu können. Zur biotechnologischen Evaluierung sollen E. coli und S. cerevisiae als Modellsysteme eingesetzt und beispielhaft durch Optimierung der Reaktionsbedingungen im Parallelansatz die NAD(P)-Gehalte in den Zellen maximiert werden. Fazit: Im Projektverlauf konnten alle Projektziele und Meilensteine fristgerecht verwirklicht werden.
Das Projekt "Entwicklung eines innovativen biotechnologischen Verfahrens zur Implementierung einer modellhaften regenerierbaren Filterlinie zur Bierfiltration am Beispiel mittelstaendischer Brauereien - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schenk Filterbau durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Das Bier durchläuft beim Filtrationsprozess die Filtrationsstufen Vorfiltration, Stabilisierung und Nachfiltration. Häufig wird der Vorfiltration noch eine Zentrifugation vorgeschaltet. Die Vorfiltration wird in der Regel in Anschwemmfiltern, wie z. B. Zentrifugal-Horizontalfilter (Primus III) oder Kerzenfilter (Ecoflux), durchgeführt. Das verwendete Filterhilfsmittel muss nach der Filtration entsorgt werden. Die Anforderungen an die Haltbarkeit der Biere machen eine chemisch/physikalische Stabilisierung des Biers erforderlich. Für die Stabilisierung der Biere werden Kieselgele zur Reduzierung von Eiweißfraktionen bzw. PVPP zur Reduzierung von der Gerbstofffraktionen eingesetzt. Für die Nachfiltration des Biers kommen Schichtenfilter oder Trapfilter zum Einsatz. Das Ziel dieses Projekts bestand in der Erarbeitung einer effizienten Technologie, die eine Kieselgurregeneration unter den gegebenen ökonomischen, ökologischen und technischen Rahmenbedingungen eines Brauereibetriebs ermöglicht. Das Projekt sollte die folgenden Kriterien abdecken: - Entwicklung einer geschlossenen, umweltfreundlichen Filterlinie - Wiederholte Verwendung von Filterhilfsmitteln und Stabilisierungsmitteln bei vergleichbarer Filtratqualität (Bierqualität, Trübung, Druckdifferenz) - Reduzierung und Wiederverwendung der anfallenden Reinigungslösungen- Erhöhung der Wirtschaftlichkeit - Validierung der Regenerationsverfahren im Technikums- und Produktionsmaßstab. Im Projekt Filterlinie soll ein geschlossenes Konzept einer 'regenerierbaren Filterlinie' entwickelt und verwirklicht werden. Hierbei sollen sowohl die eingesetzten Filterhilfs- und Stabilisierungsmittel als auch die anfallenden Prozessströme regeneriert und wiederverwendet werden. Fazit Das Förderprojekt 'Umweltschonendes Verfahren zur Filtration von Bier' (AZ 13002) der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) befasste sich mit der Technologie zur Regeneration von Einweg Filterhilfsmitteln (z. B. Kieselgur) für die Mehrfachverwendung bei der Bierfiltration. Das Gesamtverfahren wurde erstmals erfolgreich im Produktionsmaßstab in der Altenburger Brauerei validiert. Neben der Implementierung und Validierung wurden projektbegleitend eine umfassende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Umweltbilanz erstellt.
Das Projekt "Entwicklung eines innovativen Sensorsystems zur ressourcenschonenden Steuerung alkoholischer Gärungen am Beispiel der Most- und Sektgrundweinverarbeitung - Förderschwerpunkt: Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Herstellung von Wein ist ein Handwerk mit alter Tradition und wird bestimmt vom Wissen und der Erfahrung der Winzer. Die Biotechnologie hat in der Kellerwirtschaft bisher nur wenig Einzug gehalten. In den letzten Jahren kam es bei der Herstellung von Wein und Sekt zunehmend zu nicht aufgeklärten Gärstörungen, die aufgrund mangelnder Steuerung zu spät erkannt wurden und somit zur Produktion qualitativ minderwertiger Weine und Sekte oder zu Fehlchargen führten. Zielsetzung des Projekts war die Entwicklung eines Sensorsystems auf Basis der biologischen Aktivität der Hefen, das die Vergärbarkeit des einzusetzenden Gärsubstrats (Most oder Sektgrundwein) überprüft und zur Steuerung der alkoholischen Gärung eingesetzt werden kann. Eine Vorabprüfung der Vergärbarkeit soll eine Vorhersage von Gärstörungen ermöglichen und durch den gezielten Einsatz von Gärhilfsstoffen Fehlchargen vermindern. Aus ökologischer Sicht können aus den Erkenntnissen zur Qualität der Moste und Grundweine Strategien für eine umweltschonende Düngung und Bearbeitung der jeweiligen Rebanlagen abgeleitet werden. Zweites Ziel war die Entwicklung eines Sensors, mit dessen Hilfe die physiologischen Vorgänge bei der alkoholischen Gärung online oder zumindest zeitnah verfolgt werden können. Ein solches Messsystem existiert bislang nicht; die Gäransätze in den Kellereien werden vielmehr noch als black-box-Systeme gehandhabt. So können Gärstörungen erst dann festgestellt werden, wenn es für Maßnahmen zu ihrer Beseitigung in der Regel zu spät ist. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Das Messsystem beruht auf der amperometrischen Detektion redoxaktiver Stoffwechselintermediate der Hefen. Die Hefen oxidieren Fruktose und Glukose mittels verschiedener Enzyme zu Kohlendioxid und Ethanol. Enzyme, Reaktionsprodukte von Enzymreaktionen sowie die Moleküle der Elektronentransportkette sind elektrochemisch aktive Substanzen. Für erste grundlegende Arbeiten wurde eine Messzelle entwickelt, die mit standardisierten Elektroden ausgestattet wurde. Die Elektroden werden an einen Potentiostaten angeschlossen. Außerdem können weitere Elektroden eingesetzt werden, um Parameter wie das Redoxpotenzial parallel online zu messen. Die analogen Signale der Elektroden bzw. des Potentiostaten werden über einen Analog-/Digital-Wandler in einen Computer gespeist. Die Zelle besteht aus Glas und verfügt über einen Doppelmantel zur Temperierung des Inhalts. Das Volumen der Zelle beträgt etwa 270 ml. Es ist möglich die Zelle im Batchbetrieb zu führen oder einen Bypass anzuschließen. Es wurden erste Versuche zur Vergärbarkeit mit verschiedenen Medien und zum online-Monitoring in dieser Zelle durchgeführt. Nachteilig an dem Elektrodenaufbau ist die relativ schlecht reproduzierbare Anströmung der Elektrodenoberfläche, was zu Abweichungen in den absolut gemessenen Strömen führte. ...
Das Projekt "Foerderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Sensorik in der Biotechnologie 'Laser- und Biosensorik fuer in-situ Analysen im Brauprozess'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Laser-gestützten faseroptischen Messsystems für Fluoreszenz-, Absorptions-/Remissions- und Streulichtuntersuchungen im UV/VIS-NIR-Spektralbereich für den Einsatz bei in situ-Untersuchungen in verschiedenen Phasen der Bierherstellung bzw. -abfüllung (LA-SER IN-SITU-ANALYSESYSTEM, LISA). Neben der Qualitätskontrolle von Rohstoffen und Produkten dient das System der Verfahrensoptimierung, z. B. in Bezug auf Wasser- und Energieverbrauch sowie Filtereinsatz, und kann deshalb einen signifikanten Beitrag zur Umweltentlastung und Ressourcenschonung leisten. Das LISA wird aufgebaut, charakterisiert und optimiert für den Nachweis, die Erfassung bzw. die quantitative Bestimmung folgender Parameter: (1) Diodenlaserspektroskopie im NIR zur Erfassung des molekularen Sauerstoffs in der Gasphase sowie Fluoreszenzlöschung immobilisierter Farbstoffe zur Sauerstoffmessung in flüssiger Phase, (2) Laserlichtstreuung und laserinduzierte Fluoreszenz für die Messung des Zellwachstums bzw. der Zellmasse, (3) Absorptions- und Remissionsmessungen im UV/VIS-Spektralbereich zur Bestimmung des Bitterstoffgehalts und der Trübung, (4) laserinduzierte Fluoreszenz für den Nachweis von Giftstoffen im Malz, z. B. Aflatoxine, und Kontaminanten im Brauwasser, z. B. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe. Die wissenschaftliche Begleitung und die Grundlagenuntersuchungen erfolgen dabei am Institut für Physikalische Chemie und Theoretische Chemie der Universität Potsdam, während die anwendungsbezogenen Arbeiten und die online-Analytik des Brauprozesses direkt in den Labors und an den Anlagen der Brauerei Kitzmann Bräu KG durchgeführt werden. Ein O2-Analysator auf Diodenlaserbasis wird von der Firma Bernt GmbH für den Einsatz in der Brauerei konzipiert und optimiert. Weiterhin optimiert die Ana-lytikfirma PreSens GmbH, die auf O2-Sensoren für Messungen in der flüssigen Phase spezialisiert ist, ein Sensorsystem für Messungen direkt an den Brauereianlagen, mit dem die Sauerstoffmessungen nach der Abfüllung in den Flaschen vorgenommen werden.
Das Projekt "Optimierung von DNA-Arrays zur Analyse von Milch und Milchprodukten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Centrum für Angewandte Gensensorik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das deutsche Lebensmittelrecht schreibt für Milch und Milchprodukte zahlreiche Qualitätskontrollen vor. Ziel der z.T. mehrtägigen, erst nach Ablauf des Produktionsprozesses durchgeführten Tests ist es, den Verbraucher vor Krankheitserregern, wie z. B. coliformen Bakterien, zu schützen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Seiten des Verbraucherschutzes und nicht im Bemühen, potenzielle Fehlproduktionen und die damit verbundenen Umweltbelastungen zu verhindern, die bei der Entsorgung der Fehlchargen und der Reinigung der Fermenter entstehen. Kernpunkt des vorliegenden Projekts war es, potenzielle Fehlchargen bei der Herstellung von Milchprodukten bereits im Vorfeld der Milchverarbeitung zu erkennen und zu vermeiden, indem mit Hilfe der Mikroarray-basierten Gen-Analyse alle wichtigen biologischen Parameter simultan erfasst werden, die Auskunft über den Zustand der zu verarbeitenden Milch bzw. über die Aktivität der Starterkulturen während der Milchfermentation geben. Auf Basis der neuen Methode der DNA-Chip-Technologie soll dafür ein schnelles und kostengünstiges Analysesystem aufgebaut werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die neue Technologie der DNA-Chip-Hybridisierung bietet die Chance, ein Monitoring-System zu entwickeln, das in einem Arbeitsgang die erforderlichen Informationen über die mikrobiologische Zusammensetzung und das genetische Potenzial der an der Fermentation beteiligten Mikroorganismen liefert und damit eine Prognose über den Fermentationsverlauf erlaubt. Die Aufgaben des Projekts sind folgende: 1. Festlegung der für die Beurteilung der Milch und deren Verarbeitung erforderlichen Gen-Analysen. 2. Optimierung der Gen- und Organismusspezifischen Oligonukleotidsequenzen im Hinblick auf maximale Hybridisierungseffizienz und minimale unspezifische Bindungsreaktionen der Sonden auf dem DNA-Mikroarray. 3. Optimierung der Funktionalität derartiger DNA-Chips und Erprobung ihrer Einsetzbarkeit für die frühzeitige Erkennung von Milch-Fehlfermentationen unter Praxisbedingungen. Fazit: Trotz erfolgreicher Ausarbeitung eines Verfahrens, das erstmals die Simultan-Analyse diverser Mikroorganismen und deren genetischen Eigenschaften in Starterkulturen und Milchprodukten mit Hilfe der DNA-Mikroarray-Technologie erlaubt, wird die Milchindustrie dieses Verfahren angesichts des enormen Kostendrucks und des derzeitigen Preisverfalls bei den bisherigen Analyseverfahren innerhalb der nächsten 5 Jahre vermutlich noch nicht einsetzen, insbesondere da das neue Milch-Chip basierte Verfahren noch nicht als gesetzlich vorgeschriebenes und/oder nach Paragraph 35 LMBG zugelassenes Analyseverfahren eingeführt ist.
Das Projekt "Sachliche und logistische Koordination des Gesamtverbunds 'Industrielle Nutzung von Biokatalysatoren - Erarbeitung innovativer Problemlösungen durch Verknüpfung von Biotechnologie und Umweltkostenmanagement in Kooperation zwischen Hochschulen und mittelständischen Unternehmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Technische Mikrobiologie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die Biotechnologie verfügt als interdisziplinäre Querschnittstechnologie über ein hohes Problemlösungspotenzial bei der Entwicklung neuartiger Verfahren und Produkte im Sinne eines produkt- bzw. produktionsintegrierten Umweltschutzes. Der Einsatz von Biokatalysatoren spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Im Sinne eines neuen Bewusstseins ist die Abkehr von end-of-pipe Maßnahmen zur Beseitigung von Umweltschäden dringend geboten. Der 'Verbund Biokatalyse' sollte entscheidend dazu beitragen, den Wissenstransfer zwischen Hochschule und Industrie zu fördern sowie innovative Verfahren und Produkte in eine industrielle Nutzung zu übertragen. In einem Bündnis für die Biokatalyse sollten die Leistungsfähigkeit der integrativen Querschnittsdisziplin Biotechnologie in den Bereichen Feinchemikalien, Wirkstoffe, Textil und Methoden gemeinschaftlich unter Beweis gestellt und folgende Ziele erreicht werden: - Senkung des Ressourcenverbrauchs (Rohstoffe und Energie), - Vermeidung und/oder Verminderung von Prozessabfällen sowie - Verwertung von Abfällen im Produktionsverbund. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Aktivitäten der im Verbund Biokatalyse zusammengefassten Arbeitsgruppen wurden durch das Koordinationsprojekt aufeinander abgestimmt, woraus zahlreiche Synergien, insbesondere durch die effiziente Kommunikation zwischen den Projektgruppen, resultierten. Regelmäßige Treffen der Projektpartner sowie das Kooperieren im Rahmen von so genannten Task-Forces zu Schwerpunktthemen gewährleisteten eine enge Verzahnung der Projekte im Sinn eines echten Verbunds. Eine Internetseite www.biokatalyse.de diente sowohl dem Informationsaustausch der Gruppen untereinander als auch der Information der breiten Öffentlichkeit. Fazit: Insgesamt hat der Verbund verdeutlicht, dass eine enge fachliche Führung der einzelnen Kooperationsvorhaben durch die DBU-Geschäftsstelle unbedingt notwendig ist, um die Nachhaltigkeit der zu entwickelnden Prozesse, unter gleichzeitiger Betrachtung aller Aspekte des Nachhaltigkeitsdreiecks, Ökonomie, Ökologie und Soziales, zu gewährleisten und deren Bedeutung immer wieder anzumahnen. Mit einzelnen, hervorragend durchgeführten Kooperationsvorhaben, wurde die Zielstellung, im Rahmen biotechnologischer Produktionsverfahren zu einer erheblich verbesserten Ausnutzung von Rohstoffen, einer Minimierung von Schadstoffemissionen und Herabsetzung des Energieverbrauchs bei gleichzeitig verbesserter Produktqualität und -reinheit zu gelangen, erreicht. Die Multiplikation der erarbeiteten Ergebnisse obliegt im Weiteren dem Zentrum für Umweltkommunikation der DBU, welches im Rahmen dieses Koordinationsprojekts einen größeren Auftrag erhalten hatte.
Das Projekt "Entwicklung einer innovativen DNA-Chip-Technologie zur industriellen Herstellung rekombinanter Proteine mit dem Ziel hoher Raum-/Zeit-Ausbeuten sowie optimalen Resso" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Mikrosystemtechnik E-7 durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel des Projekts beinhaltet die Etablierung und Optimierung der DNA-Chip Technologie für den Routineeinsatz in Forschungs- und Anwendungsgebieten, wo komplexe Nukleinsäuregemische schnell und umfassend detektiert werden müssen. Eine kostengünstige Parallelisierung und Miniaturisierung des DNA-Chips, die die Bearbeitungszeit und die erforderlichen Probenmengen um mehrere Größenordnungen reduzieren, bedeuten produktintegrierten Umweltschutz durch Vermeidung bzw. Verringerung von Abfall und sind aus diesen Gründen das primäre Ziel des Projekts. Im Zuge der Optimierung von DNA-Chip-Technologie soll ein neues Detektions- und Drucksystem entwickelt werden, das ein einfaches, kostengünstiges und anwendungsorientiertes Verfahren zur Herstellung von DNA-Chips bietet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Die Optimierung und die Herstellung von DNA-Chip-Drucksystemen sowie von Chips waren dazu geeignet ergänzende Erkenntnisse für die Charakterisierung des Überflussmetabolismus im E. coli-Stamm über Genomweite Expressionsanalyse zu gewinnen. Zur Herstellung von E. coli-DNA-Chips wurden alle Gene dieses Organismus mit spezifischen Primern PCR-amplifiziert. Nach Überprüfung der Identität und des Reinheitsgrads der PCR-Produkte wurden diese mit einem DNA-Chip Roboter auf modifizierten Glasoberflächen immobilisiert. Mit diesen hergestellten Chips wurden die Untersuchungen zur globalen Veränderung der Genexpression von E.coli beim Überflussmetabolismus durchgeführt. Zur Etablierung einer Chip-Hybridisierung zur Analyse von komplexen, prokaryontischen Mischkulturen wurden vorwiegend molekularbiologische Methoden angewendet. Die Vorraussetzungen für die Chip-Hybridisierungen wurden mit folgenden angewandten Methoden erreicht: Bakterienkultivierung in Flüssigmedien, RNA-Isolierung und Konzentrierung, Polyacrylamidgelelektrophorese, cDNA-Synthese, Fluoreszenzmarkie-rung, Präparation der Poly-L-Lysin-Chips und Nachbehandlung der Arrays. Im Zuge der Entwicklung von DNA-Chip-Drucksystemen wurden die etablierten Plasmapolymerisierungs- und plasmaunterstütztes Ätz-, Verbindungs- und Beschichtungsverfahren verwendet. Dazu gehören LPCVD-Beschichtungsverfahren, Plasmapolymerisierungsmethoden, nasschemische Tiefenstrukturierung in Kaliumhydroxidlösung und plasmaunterstützte Ätzprozesse. Fazit: Wie im Antrag geplant, gelang es die DNA-Chip-Technik für den Modellorganismus E. coli zu etablieren und zur Charakterisierung des Acetatstresses und der aeroben Acetatbildung erfolgreich einzusetzen. Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass neben den durch die Miniaturisierung bedingten rein quantitativen Vorteilen, die DNA-Chip-Analysen auch qualitativ eine neue Ebene bei der funktionellen Untersuchung von Genen eröffnen. usw.
Das Projekt "Verbund Sensorik in der Biotechnologie: Prozessintegrierter Umweltschutz in der biotechnologischen Produktion durch On-line-Biosensor-Monitoring - Foerderschwerpunkt: Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Abteilung Analytische Chemie durchgeführt. Die chemische Produktion der neueren Zeit geht immer mehr und mehr von der rein chemischen Synthese zurueck zur Urform der Herstellung von Substanzen, wie sie schon in der Antike und wohl noch frueher betrieben wurde: Organismen verschiedensten Ursprungs (v.a. Bakterien und Pilze) werden gezuechtet, die in der Lage sind, die gewuenschten Molekuele zu synthetisieren. So treten Bakterien und Pilze aus den Brauereien und Weinkellereien hinaus, um immer groessere Teile der chemischen Industrie zu erobern. In allen Bereichen des menschlichen Lebens sind solcherart hergestellte Stoffe von hoher Bedeutung, besonders augenfaellig sind dabei pharmakologisch relevante Substanzen. All diese biotechnologischen Synthesen finden in mehr oder weniger grossen Bioreaktoren statt. Die Bakterien oder Pilze wachsen in einer komplex zusammengesetzten Naehrloesung heran und produzieren - meist nebenbei - die gewuenschten Molekuele. Es ist natuerlich im Interesse der Betreiber der Bioreaktoren, dass diese Nebenbeschaeftigung der Organismen zu ihrer Haupttaetigkeit verwandelt wird. Dies kann einerseits durch Manipulation des Genoms herbeigefuehrt werden, andererseits auch durch Bereitstellung bestimmter Molekuele in der Naehrsuppe oder durch Einstellung weiterer physikalischer, chemischer oder auch biologischer Randbedingungen, meist natuerlich durch Kombination aller Massnahmen. Die Optimierung all dieser Bedingungen bis zum maximalen Ertrag ist eine langwierige und schon allein dadurch sehr kostspielige Angelegenheit. Im hier vorgestellten Projekt wird versucht, eine Erleichterung dieser Aufgabe zu entwickeln. Ziel ist es, den Verlauf der Synthese im Bioreaktor on-line zu verfolgen, um so die Bedingungen rasch und sicher einstellen zu koennen, die noetig sind, um eine maximale Ausbeute zu garantieren. Auch koennen durch diese On-Line-Verfolgung wichtige Informationen ueber die Biochemie der Synthese und die Biologie des verwendeten Organismus bereitgestellt werden, die dann ihrerseits wieder dazu benutzt werden koennen, den gesamten Prozess weiter zu verbessern.
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| Bund | 37 |
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| Luft | 12 |
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