Das Projekt "Verwertung von Schlempe aus der (Power)-Alkoholherstellung zur Gewinnung von Wertstoffen am Beispiel der Produktion von Hydrolasen für die Modifikation von Lignocellulose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Sächsisches Institut für Angewandte Biotechnologie e.V. durchgeführt. Das Vorhaben zielt auf die Optimierung und Maßstabsvergrößerung eines Verfahrens zur Gewinnung von Xylanase-/Cellulase-Enzymkomplexen auf Basis von Dünnschlempe. Es gilt zu klären, inwieweit die auf Basis von Dünnschlempe produzierten Enzymkomplexe für die Modifikation von Lignocellulose zur Herstellung von Werkstoffen geeignet sind und inwieweit die Umsetzung eines solchen Verfahrens im technischen Maßstab wirtschaftlich realisierbar ist. Die Arbeiten betreffen Untersuchungen zur Gewinnung und Optimierung der Enzymsysteme mit einer regulationsveränderten Trichoderma-Mutante, Upscalingversuche zur Enzymherstellung im 400-L-Maßstab, die Optimierung der Faserstoffinkubation und Werkstoffherstellung, Durchführung von Pilotversuchen zur Herstellung von Werkstoffen (in Zusammenarbeit mit verschiedenen KMU) sowie die Wirtschaftlichkeitsanalyse und Erarbeitung einer Prozesskonzeption. Die Verwertung der Projektergebnisse betrifft die Vermarktung des Verfahrens zur Enzymgewinnung auf Basis von Dünnschlempe und die Weiterentwicklung und Upscaling der Herstellung bindemittelfreier Faserwerkstoffe aus Holzfaserstoff und Stroh durch enzymatische Fasermodifikation.
Das Projekt "FOR1695: Agrarlandschaften unter dem Einfluss des globalen Klimawandels - Prozessverständnis und Wechselwirkungen auf der regionalen Skala (Regionaler Klimawandel) - P9: Mikrobielle Regulation des Abbaus der organischen Substanz auf der regionalen Skala" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Bodenkunde und Standortslehre, Fachgebiet Bodenbiologie durchgeführt. Die Prognose des Verbleibs und Verhaltens (Fate) von organischem Kohlenstoff im Boden ist zurzeit die größte Unsicherheit in der Klimamodellierung. Das Ziel ist es daher, Mechanismen der mikrobiellen Stoffwechselregulation in ein bestehendes C-Modell (z.B. RothC, DAISY) einzufügen. Wir planen, Bodenproben aus den zwei Modellregionen (Schwäbische Alb, Kraichgau) zu verwenden. Der Vergleich unterschiedlich alter Bracheflächen (4, 3, 1 Jahr(e)) mit bepflanzten Flächen wird es ermöglichen, Böden mit unterschiedlicher Menge und Qualität organischer Substanz zu untersuchen. Wir werden den jahreszeitlichen Verlauf von drei Enzymaktivitäten (ß-Glukosidase, Xylanase, Phenoloxidase) untersuchen, die sich in der Nutzung unterschiedlich stabiler C-Quellen unterscheiden. Diese Daten werden mit zeitlich hoch aufgelösten Werten von Bodenfeuchte und -temperatur zur Modellierung von in situ Aktivitäten von Bodenenzymen verwendet. Zusätzlich werden wir PLFA-, Ergosterol- und molekularbiologische Daten verwenden, um die Temperatursensitivität spezifischer Gruppen von Bodenmikroorganismen zu ermitteln. Die Frage der regionalen Temperatursensitivität unterschiedlicher bodenmikrobiologischer Prozesse (Respiration, Enzyme des C-Kreislaufs) wird in einem weiteren Teil geklärt. Die Daten werden genutzt, um das Wachstumsverhalten spezifischer Gruppen von Bodenmikroorganismen und komponenten-spezifische Temperatursensitivitäten in ein bestehendes C-Modell (z.B. RothC, DAISY) einzufügen.
Das Projekt "Chitin: Biosynthese, Erkennung und Abbau; Transport Chitin-Oligomeren; Mycel-assoziierte Enzyme und -Proteine; Signalkaskaden; Kaliumkanal KcsA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Osnabrück, Angewandte Genetik für Mikrobiologie durchgeführt. Streptomyceten sind hoch differenzierte, mycelbildende Bakterien, die eine große Artenvielfalt aufweisen, in Erdproben ubiquitär in hoher Anzahl vorkommen, für die Humus- und Kompostbildung essentiell sind, eine wichtige Rolle beim Abbau und der Modifikation von vielen verschiedenen Biopolymeren und Xenobiotika spielen und somit für die Biokonversion eine essentielle Bedeutung haben. Sie synthetisieren ein riesiges Repertoire von chemisch unterschiedlichen Substanzen, die antibakteriell, fungizid oder cytostatisch wirken oder auch wachstumsfördernd für Pflanzen sein können. In der Abteilung 'Angewandte Genetik der Mikroorganismen' wurden neue Enzyme identifiziert, die als Biokatalysatoren (als Ersatz für Chemikalien) für den Abbau der beiden häufigsten Biopolymere-Cellulose und Chitin- wichtig sind und in Folge zur Akkumulation von Cellobiose bzw. Chitobiose führen. Die Bakterien nehmen diese Saccharide als Nahrungsquelle über spezifische ABC- und PTS- Transportsysteme auf, die vertiefend analysiert wurden. Die Charakteristika der entsprechenden Gene, deren Transkription sowie die Funktion von Genen für Regulator-Proteine und für ein neues Zwei-Komponenten-System werden mit Hilfe von zahlreichen Mutanten und Transformanten aufgeschlüsselt. Die Ergebnisse sind für bestimmte Prozesse in der Biotechnologie nutzbar. Mit genetischen, molekulargenetischen, und immunoelektronenmikroskopischen Methoden ließ sich zeigen, dass auf den Hyphen zahlreicher Streptomyceten Proteinkomplexe lokalisiert sind, die die Bindung an hochmolekulare Cellulose vermitteln. Die anschließende Signalkaskade wird untersucht. Weiterhin wurden Proteine identifiziert, die zu einem Netzwerk assemblieren, hochspezifisch an Chitinfasern binden und die Interaktion von Streptomyceten mit Chitinhaltigen Organismen einschließlich verschiedenen Pilzen vermitteln. Zusammen mit den biochemischen und genetischen Untersuchungen zur Chitin- Biosynthese und der Modifikation zu Chitosan werden grundlegende Prinzipien zur Bildung und Assemblierung von Polymerfibrillen aufgeschlüsselt. Diese Studien dienen dem Verständnis der Bildung von Biofilmen, der biologischen Kontrolle von Chitinhaltigen, pathogenen Organismen, dem Auffinden von neuen Inhibitoren und lieferten Einblicke zur Ökologie des Bodens. Weitere Ergebnisse sollen für die Herstellung und Modifikation von Biomaterialien genutzt werden, die in der Medizin und der Nanotechnologie Anwendung finden. In Streptomyceten wurde KcsA als der erste funktionelle, bakterielle Kalium-Ionenkanals entdeckt. Der Kanal besteht aus vier Protein-Untereinheiten und ist inzwischen das wichtigste Modellsystem, um generelle Prinzipien von Ionenkanälen aufzuklären. Die mit genetischen, mikrobiologischen, biochemischen und elektrophysiologischen Methoden durchgeführten Studien dienen dem Verständnis von Funktion, Struktur, Diversität und Evolution von Ionenkanälen bei Pro- und Eukaryoten. usw.
Das Projekt "BioIndustrie2021 - Biokatalyse2021: Teilvorhaben 1 und 2: Neue Bacillus Expressionssysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stern-Enzym GmbH & Co. KG 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. In diesem Teilprojekt stehen die Optimierung eines Phosphat-regulierten (pstS) - Expressionssystems sowie die Entwicklung eines C-Kataboliten-Niedrigtemperatur-Expressionssystems im Mittelpunkt. Es soll geprüft werden, ob eine Mutation in der putativen Spo0A-Binderegion im abrB-Promotorbereich eine Erhöhung des AbrB-Levels ermöglicht, um eine verstärkte phoPR Expression und damit Induktion des pstS-Promotors unter substratlimitierten Hochzelldichte-Fermentationsbedingungen zu erzielen. Durch markerfreie Deletion von Genen, die für prozesskritische extrazelluläre Proteine kodieren, soll das Downstream Processing der bevorzugt sekretierten Enzyme unterstützt und dadurch eine verbesserte Ausbeute erzielt werden. Für beide Expressionssysteme sollen geeignete Fed-batch-Fermentationsstrategie entwickelt werden. Schließlich soll geprüft werden, ob Oszillationen in der Phosphatverfügbarkeit im Fütterungsmedium zu einer länger anhaltenden Aktivität des pstS-Promotors unter Fed-batch-Fermentationsbedingungen und somit zu einer höheren Ausbeute führen. Ein Scale up von ausgewählten Verfahren dieses Teilprojekts wird durch die TUHH übernommen. Reinigungsverfahren, Aktivitäts- und Qualitätsbestimmungen sowie Applikationstests mit den überproduzierten Enzymen werden durch Stern-Enzym durchgeführt. Die im Rahmen dieses Teilprojektes entwickelten B. subtilis Expressionssysteme und Fermentationsstrategien werden für die Überproduktion von ausgewählten technischen Enzymen der Stern-Enzym GmbH (u.a. Amylasen, Xylanasen und Branchingenzyme) getestet. Darüber hinaus stehen die hier entwickelten Wirts-Vektor-Systeme und Verfahren den anderen Projektpartnern des Clusters BIOKATALYSE2021 für akademische Zwecke frei zur Verfügung.
Das Projekt "Enzymaktivitaeten und mikrobielle Populationen der Horizont-Abfolge einer sauren Braunerde unter Buche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Institut für Pflanzenpathologie und Pflanzenschutz durchgeführt. Auf der Grundlage neuentwickelter, loeslicher Polysaccharid/Protein-Farbstoff-Konjugate wurden in einem an Mikrotiter-Platten adaptierten, methodisch einheitlichen Testsystem die Aktivitaeten extrahierbarer, endo-spaltender Cellulasen, Xylanasen, Amylasen, 1,3-beta-Glucanasen, Chitinasen und Proteasen der Horizontabfolge L, F, H, Ahh und Aeh einer sauren Braunerde unter Buche ermittelt (Solling B 1). Parallel hierzu wurden unter Verwendung dieser Konjugate als C- bzw N-Quelle die Populationsdichten (CFU) der entsprechenden Gruppen an polysaccharid- bzw proteinabbauenden Bakterien und Actinomyceten bzw Pilzen bestimmt (plate clearing assay). Zu allen Terminen wurden die hoechsten extrahierbaren Enzymaktivitaeten in dem Auflagehorizont F (gefolgt von L) gemessen. Demgegenueber waren idR die Aktivitaeten in dem Horizont H und in dem Uebergangshorizont Ahh signifikant geringer. In dem mineralischen Horizont Aeh wurden stets nur Spuren nachgewiesen. Die Aktivitaetsprofile nach gelpermeationschromatographischer Auftrennung von Extrakten waren nahezu deckungsgleich und stimmten mit den Elutionsprofilen der loeslichen Huminstoffe bzw Proteine ueberein. Die hoechsten Populationsdichten (CFU) polysaccharid- bzw proteinabbauender Bakterien- und Actinomyceten bzw Pilze wurden zu allen Terminen in den Horizonten H und Ahh nachgewiesen. Demgegenueber wurden bis zu 100 Prozent geringere Dichten in dem mineralischen Aeh-Horizont ermittelt. Die jeweils hoechsten Dichten wurden fuer die xylan-, staerke- bzw chitinabbauenden, die niedrigsten Dichten fuer die proteinabbauenden Populationen bestimmt.