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Biosynthese von Polyestern
Im Arbeitskreis werden physiologische, biochemische und molekulare Grundlagen von
Stoffwechselleistungen meist von Bakterien untersucht. Schwerpunkte bilden Untersuchungen
zur mikrobiellen Synthese und zur biotechnologischen Produktion von technisch relevanten
Biopolymeren. Hier kommt auch der Bereitstellung von ausreichenden Mengen neuer
Biopolymere eine große Bedeutung zu, um die technischen Eigenschaften und
Materialeigenschaften solcher Biopolymere in Zusammenarbeit mit anderen Instituten und
Einrichtungen im Kooperation untersuchen zu können. Ein weiterer Schwerpunkt sind
Untersuchungen zum biologischen Abbau von Biopolymeren und synthetischen Polymeren.
Daneben werden in weiteren Schwerpunkten die Biosynthese und auch der Abbau
niedermolekularer Verbindungen, wie z. B. Aromastoffe, Speicherlipide und Wachsester
untersucht.
In beinahe allen Schwerpunkten wird angestrebt, die hierbei gewonnenen Erkenntnisse zur
Etablierung neuer oder verbesserter biotechnologischer Verfahren zu nutzen. Die
Untersuchungen sollen dazu beitragen, nachwachsende Rohstoffe, Abfall- und Reststoffe der
chemischen Industrie oder der Landwirtschaft, interessante Inhaltsstoffe von Pflanzen sowie
auch fossile Rohstoffe mit Hilfe biotechnologischer Verfahren in für die Industrie
interessante Produkte zu überführen oder zu einer sinnvollen Entsorgung von
Industrieprodukten und Produkten des täglichen Lebens beizutragen.
Seit ca. 12 Jahren wird in der Arbeitsgruppe die Biosynthese wasserunlöslicher, aus
Hydrofettsäuren aufgebauten Polyester (PHF) untersucht. Als Modellorganismen dienen
Ralstonia eutropha,Rhodococcus ruber, anoxygene phototrophe Bakterien (z.
B. Chromatium vinosum) und oxygene phototrophe Bakterien (z.B.
Synechocystis sp.). Diese Untersuchungen haben wesentlich zur Aufklärung von
Biosynthesewegen der PHF und zur Entdeckung neuer Bausteine von PHF sowie zur
Klonierung und Ermittlung der Primärstrukturen des Schlüsselenzyms
PHF-Synthase aus mittlerweile ca. 35 Bakterien beigetragen. Mittlerweile werden auch
detaillierte Untersuchungen zur Aufklärung von Struktur-Funktionsbeziehungen von
PHF-Synthasen und anderer, an Synthese und Akkumulation von PHF beteiligten Proteine
durchgeführt. Neuerdings wird auch die Biosynthese des wasserlöslichen
Polyesters Polyäpfelsäure durch Aureobasidium pullulans untersucht.
In der Arbeitsgruppe wurden auch Verfahren zur in vitro Synthese von PHF mit Hilfe
isolierter Enzyme durchgeführt.
Die Untersuchungen zielen auch darauf ab, nachwachsende Rohstoffe oder davon abgeleitete
Verbindungen wie Lävulinsäure und Biodiesel, Rest- und Abfallstoffe wie z. B.
Melasse sowie Braunkohlen in PHF zu überführen, die als neue, biologisch
abbaubare Werkstoffe eingesetzt werden können. In Bioreaktoren bis zu 500 L
Nutzvolumen werden Polymermuster zur Ermittlung der Materialeigenschaften durch hieran
interessierte Kooperationspartner produziert.
Im Rahmen eines durch das BML unterstützten Projektes werden Pflanzengenetikern die
Gene für PHF-Biosynthese aus Bakterien zur Verfügung gestellt. Ziel ist es, diese
Gene in Pflanzen zu übertragen und zu exprimieren, um zukünftig transgene
Pflanzen für die Produktion von PHF aus CO2 und durch Sonnenenergie zu
erhalten.
Drittmittelgeber:
Beteiligte Wissenschaftler:
Veröffentlichungen:
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