Das Projekt "Teil ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glucose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt oder zu Methan oder Synthesegas vergast werden. In diesem Projekt sollen entsprechende stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen.
Das Projekt "GO-Bio: Synthetische Multi-Enzymkomplexe zum wirtschaftlichen Abbau von Biomasse zu Zucker" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von synthetischen Multi-Enzymkomplexen (Cellulasen) zur Biomasseverwertung und die Entwicklung eines für ein Industriesubstrat optimierten Prototyps. Dazu werden rekombinante Proteinkomponenten hergestellt und zum Komplex zusammengesetzt. Diese Enzymkomplexe arbeiten deutlich effizienter als die heute verwendeten Mischungen aus frei schwimmenden Einzelenzymen. Im Rahmen der Machbarkeitsphase wird die industrielle Produktion des Komplexes vorbereitet und der Prototyp abschließend definiert. Die angedachten Möglichkeiten für die Produktion der benötigten Einzelproteine, die Kombination und Stabilität der Komponenten und deren Zusammensetzung im Komplex werden ausgearbeitet. Die Wahl des Expressionssystems und Fragestellungen des Produktionsvorgehens werden zusammen mi spezialisierten Partnern geklärt. Dabei wird im Rahmen eine Prototyps auch das erste Industriesubstrat festgelegt und die Anwendung des Komplexes darauf optimiert.
Das Projekt "Nachweis der Expression von cellulolytischen Enzymen des Rapsschädlings Leptosphaeria maculans in planta" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Mikrobiologie durchgeführt. In der Interaktion zwischen dem phytopathogenen Pilz Leptosphaeria maculans und seiner Wirtspflanze Raps spielen Cellulose-abbauende Enzyme eine entscheidende Rolle. Mit Hilfe dieser Enzyme ist der Pilz in der Lage, den Sproß der Pflanze bis zur Wurzelhalsregion so zu degradieren, dass die Pflanze umfällt. Die Krankheit wird deshalb auch Umfallkrankheit genannt. die Knickstelle befindet sich meist im Wurzelhalsbereich. Cellulose-abbauende Enzyme des Pilzes sind neben den Pektinasen demzufolge die Ursache dieses Symptoms, das der Umfallkrankheit ihren Namen gab. Über die Regulation und die Wirkungsweise des cellulolytischen Enzymkomplexes in der Pflanze ist bisher wenig bekannt. Mit Hilfe von Reportergenfusionen, die durch Transformation in dem Rapsschädling Leptosphaeria maculans exprimiert und dann in situ untersucht werden sollen, wollen wir die Expression dieser Gene in planta messen und ihre Genprodukte im Pflanzengewebe lokalisieren. Durch die Verwendung multipler Reportersysteme soll das Expressionsverhalten gleichzeitig und aufeinander bezogen dargestellt werden. Dieser Ansatz läßt neue Aspekte in der Wirkungsweise synergistisch wirkender Enzymkomplexe erhoffen
Das Projekt "BioEnergie 2021 - Optimierung von Energiepflanzen zur vollständigen Nutzung der Biomasse als nachhaltige Energie- und Rohstoffquelle für ILs Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Fachbereich Biologie, Institut für Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie, Abteilung Mikrobiologie und Biotechnologie durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein geeigneter Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie, wenn bei der Produktion, dem Aufschluss und der Konversion zu Energieträgern die Anforderungen des Marktes und des Klima- und Umweltschutzes berücksichtigt werden. Durch die biotechnologische Bearbeitung geeigneter Pflanzen und die Auswahl der Anbauflächen muss ein hoher Nettoenergieertrag pro Flächeneinheit erzielt und eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. In diesem Projekt sollen neue Modell- und Energiepflanzen entwickelt werden, die einer effizienten Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und Energie zugänglich sind. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Bedingungen nicht sehr stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Geeignete Cellulasen und Peroxidasen werden gesucht, durch 'gelenkte Evolution' optimiert, und für den effektiven Abbau von Cellulose vor der Ernte gezielt in den Energiepflanzen produziert. Analog wird auch die gentechnische Produktion von Malat und D-Lactat als zusätzlichem Wertstoff und als Hilfsstoff für den chemo-enzymatischen Aufschluss zunächst an Modellpflanzen getestet und nach dem Nachweis der Machbarkeit auf industrierelevante Energiepflanzen übertragen. Cellulasen und Peroxidasen für die industrielle Verwertung von Lignocellulose sind von großem Interesse beim Aufschluss verschiedener Biomaterialen und eine Verwertung ist daher wahrscheinlich (siehe LoI der Fa. Merck).
Das Projekt "BioEnergie 2021 - Optimierung von Energiepflanzen zur vollständigen Nutzung der Biomasse als nachhaltige Energie- und Rohstoffquelle für ILs Extraktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fachgruppe Biologie, Institut für Biologie III durchgeführt. Pflanzliche Biomasse ist ein nachwachsender Rohstoff zur nachhaltigen Gewinnung von Wertstoffen und Energie. Im beantragten Projekt sollen dementsprechend innovative chemo-enzymatische Aufschlussmethoden für Energiepflanzen entwickelt werden, die einen vollständigen Aufschluss und somit eine effiziente Konversion der Biomasse zu Wertstoffen und zu Energie ermöglichen. Bisher war der kostengünstige Aufschluss von Biomasse und die Verwertung der in Pflanzen enthaltenen Wertstoffe (z.B. Malat, Cellulose, Lignin) ein Problem, da die für einen Aufschluss benötigten Cellulasen teuer und unter den verwendeten Aufschlußbedingungen nicht ausreichend stabil sind. Eine neue effiziente Methode ist der fraktionierte Aufschluss der Biomasse unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILS) bei gleichzeitiger enzymatischer Verzuckerung der Cellulose. Die dabei gebildete Glukose kann zu Biogas oder Bioethanol umgesetzt werden. Der ligninhaltige Reststoff soll durch einen chemo-enzymatischen Abbau zu Phenolderivaten umgewandelt bzw. zu Methan oder Synthesegas vergast werden. Geeignete Cellulasen wurden aus Metagenomen isoliert und werden mittels Gelenkter Evolution in ILS optimiert; geeignete Peroxidasen werden in Metagenomen gesucht und optimiert. In diesem Projekt sollen stabile Enzyme für einen effektiven ILs-Aufschluss von Energiepflanzen wie Luzerne, Schilf und Zuckerrüben entwickelt werden mit breiten Anwendungsmöglichkeiten, die in den LOEs der beteiligten Unternehmen (EOn; Biomasse) und (Smurfit Kappa; Papierherstellung). Diese potentiellen Anwendungsfelder könnten deutschen Wirtschaftsunternehmen ermöglichen, Energie aus heimischer Biomasse substanziell und international wettbewerbsfähig zu nutzen.
Das Projekt "Entwicklung alternativer Verfahren zur Entfernung des Stickbodens bei Luftstickereien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e.V. durchgeführt. Das Entfernen des Stickgrundes aus Viskosefaser erfolgt z.Z. ueberwiegend durch Aetze mittels Aluminiumsulfat. Es wurde an der Entwicklung und Erprobung eines biotechnologischen Verfahrens zur Entfernung des cellulosischen Stickbodens bei Stickereien aus Polyesterfaser gearbeitet. Fuer die enzymatische Hydrolyse des Traegermaterials werden Cellulasen eingesetzt. Diese sollen die Cellulose zu Glukose abbauen, wobei das Traegermaterial aus dem Nutzmaterial herausgeloest wird, so dass im Ergebnis des Prozesses nur die Stickerei erhalten bleibt. Die Untersuchungen wurden in Abhaengigkeit des pH-Wertes, der Temperatur und der Reaktionszeit durchgefuehrt. Die bisherigen Labor- und kleintechnischen Versuche brachten positive Ergebnisse.
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 "Untersuchungen zur Biochemie des hydrolytischen Abbaus von Cellulose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ADW - Institut für Biotechnologie durchgeführt. Das Vorhaben besteht in der Isolierung, Identifizierung und Charakterisierung von einzelnen Enzymkomponenten des Cellulasekomplexes von Penicillium verruculosum zur Klaerung seiner besseren Abbauleistung im Vergleich zur bekannten Cellulasemischung aus Trichoderma reesei und Aspergillus niger.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Cellulose-abbauende Archaea" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH durchgeführt. Um den Aufschluss der Lignocellulose aus Getreidestroh kostengünstiger und effizienter zu machen sollen mikrobieller Enzyme wie Cellulasen, Hemicellulasen, Laccasen und Peroxidasen aus extremophilen Mikroorganismen (vorwiegend Archaea) isoliert werden. Die DSMZ besitzt weltweit die umfangreichste Sammlung extremophiler Mikroorganismen. Das Temperaturoptimum der Cellulaseenzyme dieser extremophilen Organismen liegt oft bei etwa 80 Grad C, was u.a. die Gefahr einer Kontamination mit anderen mesophilen Bakterien reduziert. Dadurch wird sich die Ausbeute an Zucker und damit in Folge auch die Bioethanolproduktion erhöhen. Um das Ziel zu erreichen, wird die DSMZ zunächst extremophile Organismen auf ihre cellulolytische Aktivitäten hin untersuchen und dem Verbundpartner SeqLab zur DNA-Sequenzierung zur Verfügung stellen. Außerdem wird die DSMZ SeqLab bei der Suche nach cellulolytischen Genen, die durch Metagenomanalyse von Umweltproben erhalten wurden, mit ihrer Bioinformatik unterstützen. Die Neuisolate der cellulolytischen Mikroorganismen werden von der DSMZ in Reinkultur genommen, chemotaxonomisch charakterisiert und unter besonderer Berücksichtigung der metabolischen Eigenschaften phänotypisiert werden. Dies ist notwendig um die Neuisolate valide benennen zu können. Die axenischen Kulturen der identifizierten Stämme werden an der DSMZ durch Gefriertrocknung und Lagerung konserviert, damit sie für die Herstellung von Enzymen zur Verfügung stehen.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Optimierung eines neuartigen Cellulasesystems durch Rekonstruktion der Cellulosomen von Clostridium thermocellum mittles Nanotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Botanik und Mikrobiologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie durchgeführt. Die 'löslichen'Enzyme der Pilzcellulasen arbeiten nicht optimal, da für eine ausreichende Kooperativität der Enzyme eine hohe Proteinkonzentration erforderlich ist. Die kristalline Cellulose als Substrat benötigt eine neue enzymatische Hydrolyse-Strategie, um die bei technischen Prozessen geforderten Reaktionsgeschwindigkeiten und Effizienzen zu erreichen. Der sehr viel effektivere Enzymkomplex von Clostridium thermocellum, das sog. Cellulosom, das diese Kooperativität durch eine Komplexbildung der Enzyme erreicht, soll in synthetischen Enzymkomplexen auf der Oberfläche von Nanopartikeln nachgeahmt werden. Die im Bakterium verwendeten etwa 9 (von 72 möglichen) Cellulasen des Cellulosoms werden kloniert und mit geeigneten Linkerpeptiden verschiedener Länge und Flexibilität versehen. Die Verankerung auf der Oberfläche von Nanopartikeln, das Material und die Größe der Partikel, die am besten geeignete Stoichiometrie der Komponenten und die Applikation auf Pflanzenfaser-Fraktionen sind auszutesten und zu optimieren. Ziel der Hydrolyse soll schwerpunktmäßig die Cellulosefraktion aus der Laubholz-Fraktionierung der Projektpartner sein. Die Kinetik der Cellulose-Hydrolyse als Bildung von Oligodextrinen und Glucose, sowie die Abnahme der Kristallinität und des Polymerisationsgrades sind zu messen. Ziel ist eine Beschleunigung der Reaktionskinetik an kristalliner Cellulose, sowie die Optimierung der Aufschlusseffizienz.
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