BMBF-Forschungsverbund „CEFOX II - Zellfreie maßgeschneiderte Biokatalysatoren zur Entwicklung neuer oxyfunktionalisierter Wirkstoffe für biobasierte Produkte II“ (FKZ 031B1346A) BMBF-Programm „Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe für eine wettbewerbsfähige Bioökonomie2“; Koordination des Gesamtverbundes

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

BMBF-Forschungsverbund "JaBaS - Januspartikel-basierter Biosensor für die nächste Generation der Überwachung von pharmazeutischen Schadstoffen" (FKZ: 031B1118C) BMBF-Programm "Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie - Schwerpunkt Biohybride Technologien"

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

BMBF-Forschungsverbund „InnoWild - Etablierung eines Anbau- und Verwertungssystems von gebietsheimischen und klimaangepassten Wildpflanzen mit hoher Wertschöpfung in der Lausitz“ (FKZ: 03WIR3012B) BMBF-Programm "Innovation & Strukturwandel -> WIR! Wandel durch Innovation in der Region"

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

BMBF-Forschungsverbund „CEFOX - Zellfreie Synthese von pilzlichen Biokatalysatoren für die Herstellung biobasierter Inhaltsstoffe“ (FKZ 031B0831A) BMBF-Programm „Maßgeschneiderte biobasierte Inhaltsstoffe für eine wettbewerbsfähige Bioökonomie2“; Koordination des Gesamtverbundes

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

Fraunhofer-Forschungsgruppe "PZ-Syn" Pilzbasierte zellfreie Synthese-Plattformen Leitung des Leitprojektes 3 „Homologe, heterologe und zellfreie Proteinexpression“

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

DFG-Antrag im Programm „Großgeräte der Länder“ (GZ: INST 263/88-1 LAGG; LC-MS) Hochauflösende Massenspektrometrie - Q-Exactive Focus

Die beantragte LC-MS-Q-Exactive Orbitrap-Technologie wird in hohem Maße interdisziplinär eingesetzt und fördert nachhaltig Forschungskooperationen zwischen Enzymtechnologen, Mikrobiologen, Molekularbiologen, Medizinern, Chemikern, Ingenieuren und Bioinformatikern sowohl am Standort Senftenberg als auch über die Grenzen der BTU hinaus. In Übereinstimmung mit den Leistungen und Kompetenzen der Fakultät „Umwelt und Naturwissenschaften“ ordnen sich die Forschungen des Instituts für Biotechnologie dem profilbildenden Forschungsschwerpunkt der BTU „Biotechnologie, Umwelt und Gesundheit“ zu. Besonderer Fokus liegt hierbei auf regionalen und nationalen Kooperationen in den ausgewiesenen Themenfeldern „Molekulare und zellbasierte Diagnostik und Therapie“ sowie „Angewandte Mikrobiologie“. Diese beinhalten auch die Entwicklung und Nutzbarmachung neuer Biokatalysatoren bis hin zur Integration selektiver, biotechnologischer Syntheseschritte einschließlich der zugehörigen Prozesstechnologien innerhalb mehrerer laufender (BMBF-Vorschungsverbund "CEFOX - Zellfreie Synthese von pilzlichen Biokatalysatoren für die Herstellung biobasierter Inhaltsstoffe", Fraunhofer-Forschungsgruppe "PZ-Syn" Pilzbasierte zellfreie Synthese-Plattformen) und beantragter Forschungsverbünde.