Das Institut f\u00fcr Bioverfahrenstechnik der Technischen Universit\u00e4t Braunschweig ist im Cluster Biopolymere\/Biowerkstoffe in zwei Projekten aktiv beteiligt. Diaminopentan und Bernsteins\u00e4ure k\u00f6nnen mit optimierten Mikroorganismen produziert werden und bieten so der Industrie die Basis f\u00fcr neue Werkstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen.<\/b><\/p>\n
Ma\u00dfgeschneiderte Zellfabriken zu erstellen, ist eines der Ziele des Instituts f\u00fcr Bioverfahrenstechnik (ibvt) der Technischen Universit\u00e4t Braunschweig unter der Leitung von Prof. Dr. Christoph Wittmann. Der Biotechnologe kann auf eine gro\u00dfe Erfahrung auf dem Gebiet zur\u00fcckgreifen, denn schon w\u00e4hrend seiner Promotion widmete er sich dem Thema: “Schon damals hat mich das komplexe Innenleben von Mikroorganismen begeistert und ich habe fr\u00fch danach gesucht, wie es sich in gew\u00fcnschter Weise f\u00fcr die Biotechnologie \u00e4ndern l\u00e4sst”, berichtet Wittmann, der f\u00fcr seine Arbeiten 2005 den Young Scientist Award der Europ\u00e4ischen Biotechnologie Vereinigung erhielt. Nach seiner Habilitation an der Universit\u00e4t des Saarlandes und einer Zwischenstation an der Universit\u00e4t M\u00fcnster folgte er 2008 dem Ruf zur\u00fcck nach Braunschweig.<\/p>\n
Wichtige Forschungsaktivit\u00e4ten am ibvt umfassen den gezielten Einsatz von Mikroorganismen f\u00fcr die nachhaltige Produktion von biobasierten Chemikalien und Materialien. Dabei ist es besonders wichtig, dass das ibvt interdisziplin\u00e4r aufgestellt ist. “Wir sind ein Br\u00fcckeninstitut zwischen Lebens- und Ingenieurwissenschaften”, sagt Professor Wittmann. Das 50-k\u00f6pfige Wissenschaftlerteam am ibvt vereint Expertisen aus den Fachgebieten Bioverfahrenstechnik, Biotechnologie, Bioingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Biologie, Molekularbiologie und Chemie.<\/p>\n
“Wir versuchen zun\u00e4chst mit Hilfe von systembiotechnologischen Methoden aufzukl\u00e4ren, wie der Stoffwechsel funktioniert”, erkl\u00e4rt Wittmann. Dabei kommen neue Methoden wie die metabolische Flussanalyse zum Einsatz. Professor Wittmann vergleicht den Vorgang mit einer Stadt: “Wir beobachten die Stadt und deren Verkehrfluss sozusagen von oben, verfolgen die Menschen auf ihrem Weg zur Arbeit und ob Baustellen den Verkehr aufhalten. \u00c4hnlich schauen wir in die Zellen hinein, beleuchten die vielen Stoffwechselwege und verstehen so, welche Wege die Zelle benutzt, um etwas zu produzieren.” <\/p>\n
Die Wissenschaftler am ibvt k\u00f6nnen anschlie\u00dfend den Stoffwechsel durch gezielte genetische Modifikation der Mikroorganismen umleiten (Metabolic Engineering), so dass die gew\u00fcnschten Metabolite mit einer hohen Ausbeute produziert werden. Nachdem der optimale Stamm im Labor kreiert wurde, optimieren die ibvt-Ingenieure die Verfahrenstechnik des Fermentationsprozesses so, dass sich eine bestm\u00f6gliche Bioproduktion entwickelt \u2013 fit f\u00fcr den industriellen Einsatz.<\/p>\n
Gezeigt haben die Forscher des ibvt dies erst k\u00fcrzlich an zwei Arbeiten mit Corynebacterium glutamicum<\/i>. Lysin, das seit den 70er Jahren durch Fermentation produziert wird, wird als Futtermittelzusatz mit etwa 1.000.000 Tonnen pro Jahr verwendet. Die bisher mit Zufallsmutagenese hergestellten St\u00e4mme haben den Nachteil, dass sie sehr viele negative Mutationen enthalten und somit sehr stressempfindlich sind und langsam wachsen. Mit Hilfe systembiologischer Methoden konnten die Wissenschaftler nun ein ma\u00dfgeschneidertes Corynebacterium bauen, das nur noch zw\u00f6lf Mutationen im Genom hat. Das Bakterium produziert 120 g Lysin pro Liter Kultur in 24 Stunden. “Ein enormer Fortschritt, auf den wir sehr stolz sind”, so Wittmann.<\/p>\n
Durch weitere Mutationen ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Zellen so zu programmieren, dass Lysin in Diaminopentan umgewandelt wird. Diaminopentan, das als Grundbaustein f\u00fcr innovative biobasierte Polyamide interessant ist, wird von den modifizierten Zellen mittlerweile mit 80 g pro Liter in kurzer Zeit produziert.<\/p>\n
In einem Verbundprojekt des Clusters Biopolymere\/Biowerkstoffe konnte das ibvt zusammen mit seinen Partnern BASF SE, Daimler AG, Robert Bosch GmbH und fischerwerke GmbH & Co. KG ein f\u00fcr die Industrie geeignetes Biopolyamid erstellen. Das innovative Biopolyamid PA5.10 kam bereits in D\u00fcbeln der Unternehmensgruppe fischer zum Einsatz. “Das Polyamid wurde im normalen Produktionszyklus eingesetzt und sozusagen auf Herz und Nieren gepr\u00fcft”, berichtet Wittmann. <\/p>\n
In einem weiteren Verbundprojekt im Cluster arbeiten die ibvt-Forscher um Wittmann mit der BASF SE zusammen, um Biobernsteins\u00e4ure herzustellen, ebenfalls eine interessante Plattformchemikalie mit vielen Anwendungsm\u00f6glichkeiten. “Und hier sind die Zukunftsaussichten sehr gut”, so Wittmann. Bernsteins\u00e4ure kann f\u00fcr die Herstellung von Butandiol, Tetrahydrofuran oder auch Polyestern verwendet werden. Gemeinsam mit dem Partner BASF SE setzt das ibvt erneut auf nachwachsende Rohstoffe. Christoph Wittmann wei\u00df, dass das Interesse an nachhaltigen Produkten unheimlich gro\u00df ist. “Wir finden uns auf dem Weg zu einer biobasierten Gesellschaft”, so der Biotechnologe.<\/p>\n
In diesen zukunftstr\u00e4chtigen Modellprojekten des Clusters wurde erfolgreich demonstriert, wie man petrochemische Prozesse durch nachhaltige Bioprozesse ersetzen kann. Im Bereich der Massenchemikalien ist allerdings der Preis laut Wittmann nach wie vor der Knackpunkt. “Es ist jedoch wichtig, dass wir technologisch vorangehen und zeigen, dass so etwas \u00fcberhaupt m\u00f6glich ist”, berichtet Wittmann.<\/p>\n
Die Systembiotechnologie wird am ibvt auch im Bereich der Wirkstoffe gro\u00df geschrieben. Im SFB 578 “Integration gen- und verfahrenstechnischer Methoden zur Entwicklung biotechnologischer Prozesse – Vom Gen zum Produkt” sowie im SFB TR-51 “Systembiologie mariner Mikroorganismen” werden Produkte mit therapeutischer Wirkung, wie Antik\u00f6rper, Knochenwachstumsfaktoren oder Antibiotika synthetisiert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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