Der Forschungsverbund „Next Generation Drugs“ (NGD) adressiert in einzigartiger Weise biobasierte Technologieentwicklungen, biomedizinische Forschung und nachhaltige Bioökonomie, um die Strukturwandelziele in der ehemaligen Kohle-Region Lausitz erfolgreich umzusetzen. NGD ist essentieller Bestandteil des Clusters „Gesundheit und Life Sciences“ der BTU am Standort Senftenberg und des Lausitz Science Parks.
Basierend auf der komplementären wissenschaftlichen Exzellenz der Partner BTU, Fraunhofer IZI-BB und IAP wird der Transfer anwendungsorientierter Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in Unternehmen und technologieorientierte Ausgründungen sowie die Stärkung der Attraktivität der Region für Fachkräfte und Studierende fokussiert.
Zielstellung ist es weltweit erstmalig wirksame Leber-Metaboliten aus Medikamenten in vitro biokatalytisch zu erzeugen, maßgeschneidert zellulär anzupassen, pharmazeutisch zu testen, nachhaltig als NGD`s zu formulieren und zu applizieren. Im Ergebnis werden unerwünschte Metaboliten und Nebenwirkungen, die bei der Umwandlung des Basismedikamentes in der Leber entstehen, vollständig vermieden.
Das NGD-Konsortium konzentriert sich dabei auf eine neuartige Vielfalt an oxidativen Biokatalysatoren, den unspezifischen Peroxygenasen (UPO), Häm-Thiolat-Proteine, die sich “promiskuitiv” bezüglich anspruchsvoller Sauerstoff-Transfer-Reaktionen verhalten. Funktionell betrachtet sind UPOs außerhalb der Pilzhyphen agierende Monooxygenasen, die ein peroxidbürtiges Sauerstoffatom (H-O-O-R) auf diverse Moleküle übertragen. Dabei ähneln die Produktspektren hinsichtlich der Umsetzung pharmazeutischer Wirkstoffe oder Xenobiotika jenen von Cytochrom-P450-Monooxygenasen, die als universelle Entgiftungsenzyme in der menschlichen Leber aktiv sind.
Das Forschungsprojekt beschreibt anhand prominenter Arzneistoffe wie Clopidogrel an welchen Cytochrom-P450-Isoenzymen Biotransformationen zu aktiven Metaboliten stattfinden und wie diese erstmals als Next Generation Drugs in vitro produziert und in der antithrombotischen Langzeittherapie, zur Vorbeugung und Behandlung von Schlaganfällen, Herzinfarkten und anderen z.B. COVID bedingten Durchblutungsstörungen eingesetzt werden können. Zeitlich versetzt wird das NGD-Konzept auf relevante Medikamente wie das gegen Brustkrebs eingesetzte Zytostatikum Tamoxifen sowie weitere Wirkstoffkandidaten der forschenden Pharmaindustrie angewendet.

Laufzeit 2023-2028

Der Forschungsverbund "ELIMIK" verbindet in einzigartiger Weise Universitäten und Unternehmen der Nieder- mit der Oberlausitz, um gemeinsam die Ziele des Strukturwandels in der ehemaligen Kohle-Region umzusetzen. Enzymbasierte Technologieentwicklungen, Materialforschung und nachhaltige Umweltschutzstrategien sollen insbesondere zur Reduzierung von Mikroschadstoffen (MSdSt) in der aquatischen Umwelt beitragen. So gelangen z.B. Arzneimittel und deren Metaboliten über kommunale Abwässer und durch unsachgemäße Entsorgung vonArzneimittelresten über Toiletten und Waschbecken in das Abwassersystem. Hauptziel ist die Entwicklung, Erprobung und Bewertung einer Filtertechnologie auf Basis Enzym-funktionalisierter Biopolymermodule. Im Ergebnis soll die MSdSt Eliminierung aus Abwasserfrachten erreicht werden, die sich auch auf weitere Einsatzgebiete wie landwirtschaftliche Herbizid-Spritzrückstände, Desinfektionsmittel oder Enteisungsmittel übertragen lässt. Immobilisierte Enzyme mit Sauerstoff-Transfer-Eigenschaften sollen in Kombination mit weiteren oxidativ-wirkenden Pilz-Enzymen in einem innovativen Kaskadensystem diese Mikroschadstoffe abbauen.

Laufzeit 2023-2026

In CEFOX wurde eine einzigartige Syntheseplattform zur zellfreien Expression von maßgeschneiderten oxyfunktionalisierenden Peroxygenasen auf der Basis von Pilzlysaten entwickelt, patentiert und für die Darstellung epoxidierter Lipide, oxyfunktionalisierter Terpenoide und Alkaloide erprobt. Hauptziel von CEFOX-II ist die Überführung dieser Ergebnisse in enzymbasierte Verfahren zur Bereitstellung bioaktiver Lipidmoleküle und maßgeschneiderte Bausteine für die Industrie. Zentrale Aufgaben sind i) die validierte Gewinnung (JenaBios GmbH) von Arachidonsäure (ARA), Eicosapentaensäure (EPA), Docosahexaensäure (DHA) aus biobasierten, nicht-tierischen Ressourcen wie Algen, Pilzen und Flechten als Edukte in ii) umweltschonenden enzymatischen One-Pot-Verfahren auf der Basis zellfrei exprimierter UPOs, die herkömmliche mehrstufige Syntheseprozesse zur Oxyfunktionalisierung nachhaltig substituieren. iii) Im Ergebnis werden teilweise völlig neuartige Wirkstoffmoleküle produziert, die insbesondere durch die Wirtschaftspartner (Chiracon GmbH, Dynamic42 GmbH) auf ihre pharmakologische Wirkung und industrielle Anwendung erprobt, optimiert und skaliert werden. Durch maßgeschneiderte UPOs sollen Lipide mit hoher Wertschöpfung wie 14,15-EET (Antiphlogistikum), 19-HETE (Antihypertonikum), 17,18-EEQ (Antiarrhythmetikum) und RvE3 (Präeklampsie-Biomarker) als biobasierte Wirkstoffkandidaten, in der Frühdiagnostik, sowie als analytische Referenzstandards und Basismoleküle bereitgestellt werden. Die hohe interdisziplinäre Fachkompetenz des CEFOX II Konsortiums ermöglicht die Implementierung biobasierter Moleküle in Wertschöpfungsketten und Verfahrensschritte der Pharma-, Chemie- und Nahrungsmittelindustrie. Die geplanten Wirkstoffprodukte und Bioverfahren der zellfreien UPO-Katalyse bieten echte Wettbewerbsvorteile gegenüber bestehenden Technologien auf Basis fossiler Rohstoffe und dienen als exzellentes Beispiel und Einstiegsportal für die Umstellung auf eine nachhaltige Bioökonomie.

Laufzeit 2023-2026

Das Hauptziel von JaBaS ist die Entwicklung eines innovativen Beschichtungs- und Herstellungsverfahrens für mikro- und nanostrukturierte Halbleiter-Sensorarrays auf der Basis von chemisch und geometrisch anisotropen polymerbasierten biohybriden Janus-Partikeln mit gerichteter Immobilisierung von oxyfunktionalisierenden Biokatalysatoren vom Peroxygenase-Typ. Die "doppelköpfige" Immobilisierungstechnik ermöglicht den Zugang zu bisher nicht für die elektrochemische Biosensorik angewandten Oxidoreduktasen, da die Cofaktorgenerierung unmittelbar am Nanopartikel stattfindet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Partikeln, die in der Materialwissenschaft und Analytik eingesetzt werden, bieten die doppelköpfigen Janus-Partikel Asymmetrie und Richtungsabhängigkeit und können sogar inkompatible Eigenschaften in einem Partikel vereinen. Die Oberflächenanisotropie dieser Partikel entkoppelt räumlich analytische Funktionen (z. B. Target-Immobilisierung und Sensorik), die sonst nur schwer innerhalb eines einzelnen Partikels zu kombinieren sind. Dies verleiht Janus-Partikeln einzigartige Eigenschaften und Funktionen und eröffnet Möglichkeiten für neuartige multimodale Analysemethoden im Hinblick auf die elektrochemische Quantifizierung von Pharmazeutika einschließlich resistenzauslösender Substanzen

Laufzeit 2021-2024

Es müssen neue Strategien entwickelt werden, um zukünftig in den vom Klimawandel stark beeinflussten Regionen eine nachhaltige Landwirtschaft und den Erhalt der biologischen Diversität zu ermöglichen. Durch die Etablierung eines neuen Wirtschaftszweiges in der Lausitz, welcher auf dem Anbau, der Nutzung, Verarbeitung und Vermarktung von Wildpflanzen beruht, soll eine umweltschonende profitable Landnutzungsweise in der Region geschaffen werden. Ziel der Verbundpartner BTU, IGZ und Nagola Re GmbH ist die Nutzung von gebietsheimischen und klimaangepassten Wildpflanzen als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Wertschöpfungsketten von der Pharmazie und Agrochemie über die Lebensmittelindustrie bis hin zur Kosmetik. Als Ergebnis dieses Projektes soll in der Lausitz ein Innovationszentrum für Wildpflanzenanbau entstehen, welches als Demonstrator den Wissenstransfer gewährleistet und als zentrale Anlaufstelle zur Fortbildung hinsichtlich Wildpflanzennutzung genutzt wird.

Laufzeit 2021-2024

Das Hauptziel des CEFOX-Vorhabens ist die Entwicklung neuer Synthesewerkzeuge auf der Grundlage von zellfrei exprimierten und maßgeschneiderten Oxidoreduktasen (vor allem Peroxygenasen aus Pilzen),um innovative Lösungen zur Beseitigung bestehender Engpässe bei der Herstellung von biogenen, terpenoiden Wirkstoffen und deren Metaboliten (u.a. APIs, modifizierte Steroide, etc.) und biomassebasierten Bausteinen (derivatisierte Fettsäuren und Glyceride/Lipide als Additive) zur Verfügung zu stellen. Dabei sollen die besonderen, z.T. einzigartigen Eigenschaften der avisierten Biokatalysatoren allein oder in intelligenten Enzymkaskaden gezielt genutzt werden. Später, in einer zweiten Phase, wird ihre Industrietauglichkeit gezeigt und ausgewählte Vertreter in zukünftige Leuchtturm-Technologien integriert. Das CEFOX-Konsortium konzentriert sich dabei auf das Auffinden einer neuartigen Vielfalt an oxidativen Biokatalysatoren, die sich aus der wachsenden Zahl entschlüsselter Pilzgenome ergibt. Neben Genomen aus Datenbanken werden im Rahmen des Projekts gezielt neue Pilze für die zellfreie Synthese-Plattform sequenziert und bezüglich Peroxygenasen und anderer Enzyme analysiert. Von besonderem Interesse sind bisher nicht kommerzialisierte, selbstgenügsame Häm-Thiolat-Peroxygenasen, die durch die zellfreie Proteinbiosynthese verfügbar gemacht werden und als vielseitiges Werkzeug für die funktionelle Genomik fungieren sollen. Die zellfreie Proteinsynthese erfolgt bisher mittels menschlicher, tierischer oder pflanzlicher Zelllysate und wird im Laufe des Projekts auch mit pilzlichen Zellbestandteilen durchgeführt. Perspektivisch ist die zellfreie Synthese von weiteren Hochleistungsproteinen möglich, wie z.B. von speziellen Membran- und Glykoproteinen sowie eine chipbasierte Proteinsynthese.

Laufzeit 2020-2023

Die Fraunhofer Projektgruppe PZ-Syn wird sich unter Mitwirkung von Frau Prof. K. Scheibner in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IZI-BB  in den nächsten Jahren mit der Entwicklung von neuen biotechnologischen Verfahren zur Produktion von hochwirksamen Proteinen befassen. Gereinigte Proteine spielen eine zunehmende Rolle als pharmakologische Wirkstoffe in der pharmazeutischen Industrie und als hochspezifische Biokatalysatoren für die Herstellung von Fein- und Spezialchemikalien in der chemischen Industrie. Mit dem neuen Technologieportfolio, welches auf den Expertisen von Partnern an der Technischen Universität Dresden, dem Fraunhofer IZI-BB sowie dem Institut für Biotechnologie an der BTU beruht, soll erstmals ermöglicht werden Proteinproduktionen im sehr gut kontrollierbaren zellfreien System für industrielle Anwendungen hochzuskalieren.

Mit der Einrichtung der Außenstelle wird die Zusammenarbeit der Fraunhofer-Gesellschaft mit der BTU intensiviert und damit in Zukunft ein positiver Beitrag für den Strukturwandel der Lausitz in Richtung nachhaltige Industrieregion geleistet.

Laufzeit: 2018-2023