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Archive for the ‘Biotechnology’ Category

enzymes-bannerOk, it’s not magic but “hard science” – nonetheless, the performance of enzymes in some applications is really breathtaking, especially compared to “conventional” chemical synthesis routes. As research and development advance and ever more processes make it into industrial applications, some trends emerge that might lead the way for the development of the industry.

  • Combination is key

Even though enzymes are highly selective and can perform reactions that are hardly accessible to the synthetic chemist, there are also reactions where chemical catalysts are superior. Thus, the combination of chemical and enzymatic steps is the key to efficient synthetic pathways. Researchers are working on reaction cascades in one-pot systems with compartments where different steps are performed successively without cost-intensive intermediary purifications steps. To avoid solvent incompatibilities – enzymatic reactions usually require aqueous systems, organic chemical reactions are run in organic solvents – gel matrices have been successfully employed.

  • Unlock nature’s tool kit

While “engineered” enzymes may offer perfect properties, there remain applickey-1020000_640ations e.g. in the food industry calling for naturally-occuring enzymes. Fortunately, nature’s tool kit has an almost unlimited supply of different enzymes – turning the identification into the literal search in the haystack. Modern bioinformatics, a better understanding of metabolic pathways and genome mining methods allow for the screening of tens of thousands of genomes to find the right sequence and, hence, the most appropriate natural enzyme.

  • Design your own

Thanks to growing information on the structural biology of proteins, powerful bioinformatics and the integration of databases “tailor-made” enzymes have become more easily accessible. However, designing enzymes and enzymatic systems with desired properties, is still labour-intensive and time-consuming, especially with regard to structural analyses.

  • Leash your enzyme to unleash its potentialdog-1015660_640

Currently, cost is a major hurdle for the use of enzymes, especially if they cannot or only at high cost be recovered from the reaction. Immobilisation is the solution to this problem. A number of methods is available, ranging from the adsorption or covalent binding to mostly  textile carrier materials or covalent links between the enzyme molecules. Another principle is the encapsulation of enzymes in polymer networks or membranes. However, as the performance of an enzyme depends on its tertiary and quarternary structure, enzyme activity may be influenced negatively by the immobilisation. Other problems include steric factors hindering substrate access to the catalytic center. Thus, experts are still searching for more general immobilization procedures that reduce cost and allow for more or less “standardized” process designs.

  • Regard the bigger picture

Even the best enzymatic process is limited by poor reaction technology. Reactor designs that allow for tapping the full potential of the kinetics of enzymatic reactions are still being explored. The challenge lies not least in ensuring maximum mass transfer with minimum shearing of the enzyme-carriers. Thus,chemistry-1027781_640 the cooperation of biotechnologists, organic chemists and process engineers is crucial to ensure the most efficient – and consequently competitive process.

Do you want to know more? Join the PRAXISforum “Enzymes for Industrial Applications” on 8-9 November 2016 in Frankfurt

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15 Antragsteller von 11 Hochschulen können sich seit 1. Juli 2016 über ein Max-Buchner-Forschungsstipendium freuen. Die geförderten Themen reichen von der Synthese von Nano-und Mikropartikeln über „gedruckte“ Protein-Gele bis hin zur enantioselektiven Synthese entzündungshemmender Wirkstoffe. Die Stipendien in Höhe von 10.000 Euro pro Vorhaben kommen Nachwuchswissenschaftlern in Chemischer Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie sowie angrenzenden Gebieten zugute und sollen vor allem interdisziplinäre Ansätze fördern. Auch explorierende Arbeiten zur Vorbereitung von Anträgen bei DFG und anderen Förderorganisationen können so unterstützt werden.

Die geförderten Arbeiten 2016/2017 sind:

  • Experimentelle Untersuchungen zum Eisenoxidationsweg bei dem neuartigen acidophilen eisenoxidierenden Bakterium „Ferrovum“ sp., TU Bergakademie Freiberg
  • Biosynthese der polychlorierten Biaryl-Naturstoffe Ambigol A und B, Technische Universität München
  • Wellplate NMR System (WELLMRS), Karlsruher Institut für Technologie
  • Akustische-Resonanz-Mischtechnik in der Submerskultivierung höherer Pilze, Universität Hohenheim
  • Kontinuierliche Synthese und Modifikation komplexer Nano- und Mikropartikel in einem 1000 Watt Ultraschall-Multiphasen-Cavitator im Durchfluss, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
  • Mechanisches Legieren zur Herstellung carbidischer MAX-Phasen und Optimierung ihrer magnetischen Eigenschaften durch Dotierung mit späteren Übergangsmetallen, Technische Universität Darmstadt
  • Neuartige Messtechnik für dreidimensionale Schaumströmung, TU Dresden
  • TAP Experimente bei Atmosphärendruck, Technische Universität Hamburg-Harburg
  • Selective synthesis of active Cu-oxo clusters in zeolites for methane activation at low temperatures, Technische Universität München
  • Synthese und Charakterisierung von Biuretderivaten zur Extraktion von Anionen, Technische Universität Dresden
  • Thermodynamische Stoffdatenmodellierung für die Simulation der Herstellung von Wertstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, Technische Universität Kaiserslautern
  • Neue Liganden zur enantioselektiven Synthese von entzündungshemmenden Wirkstoffen, Universität Regensburg
  • Anwendung des Bonded-Particle-Models für die Modellierung der Packungen von nicht-sphärischen Partikeln,            Technische Universität Hamburg-Harburg
  • Getriggerte Gelbildung von Proteinen – vom 3D-Druck zur verfahrenstechnischen Anwendung, Universität Hohenheim
  • Auswirkung kurzer Fasern in anisotrop-gelierenden Geweberegenerationsmatrizen auf gerichtetes Nervenzellwachstum, DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials

Die gemeinnützige Max-Buchner-Forschungsstiftung wurde 1936 ins Leben gerufen und begründet die aktive Forschungsförderung der DECHEMA, von der sie ehrenamtlich verwaltet wird. Die Stiftung wird durch Spenden insbesondere der ACHEMA-Aussteller und Besucher finanziert. Seit ihrem Bestehen konnte die Max-Buchner-Forschungsstiftung 3750 Jahresstipendien für Forschungsarbeiten junger Wissenschaftler vergeben. Die Ergebnisse der geförderten Arbeiten stehen der Allgemeinheit zur Verfügung.

Anträge für die Förderperiode 2017/2018 können bis zum 15. September 2016 eingereicht werden: Antragseinreichung für die Förderperiode 2017/2018

 

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Summer School: Quantitative Biology: Current concepts and tools for strain development. Straubing, 18.-22.07.2016

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Im Sommer statt ins Freibad in den Seminarraum? Für die Teilnehmer der Summer School Quantitative Biology hoffentlich keine schwere Entscheidung. Bereits zum 8. Mal haben junge Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen ein Programm zusammengestellt, das jungen Ingenieuren, Biologen und Biotechnologen eine einmalige Chance zum fachübergreifenden und praxisnahen Lernen bieten soll. „Wer in der Biotechnologie unterwegs ist, muss interdisziplinär arbeiten – das erfährt man bei der Summer School unmittelbar“, sagt Dr. Jochen Schmid von der TU München, der die Summer School in diesem Jahr leitet. Während der Summer School lernen die Teilnehmer neben den theoretischen Grundlagen der quantitativen Biologie den praktischen Umgang mit unterschiedlichen Anwendungsprogrammen. Um Versuchsergebnisse und große Datenmengen auszuwerten oder biologische Systeme zu modellieren, brauchen Biotechnologen statistisches Grundwissen. Umgekehrt kann ein Ingenieur einen industriellen Prozess nur dann optimieren, wenn er ein Grundverständnis für biologische Prozesse mitbringt. Dabei geht es nicht um graue Theorie: Das amerikanische Unternehmen Amyris zum Beispiel entwirft neue Stämme und Stoffwechselwege am Computer und stellt sie dann automatisiert her.

Und nach der Summer School? „Das, was man hier lernt, kann man immer wieder einsetzen und in die eigene Arbeit einfließen lassen“, sagt Jochen Schmid. „Die Teilnehmer können sogar ihre eigenen Daten mitbringen und im Rahmen der Summer School bearbeiten.“

Wie nachhaltig die Summer School wirkt, das zeigt sich auch daran, dass viele Referenten nach wie vor aus den Reihen des Zukunftsforums der DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie stammen oder zumindest ehemalige Mitglieder sind. Dieser Kreis von Nachwuchswissenschaftlern arbeitet regelmäßig fachübergreifend zusammen und hat die Summer School 2008 ins Leben gerufen. „Wir haben selbst erlebt, wie wichtig es ist, die verschiedenen Disziplinen zu vernetzen. Das möchten wir jetzt weitergeben“, sagt Jochen Schmid.

Und das Freibad? Der Veranstaltungsort Straubing bietet genügend Natur im direkten Umfeld, um auch den Sommer ein wenig zu genießen. Gemeinsame Abende im Biergarten und ein Ausflug zur Thermo Fischer Geneart GmbH in Regensburg versprechen zudem Abwechslung. „Und die vermittelten Inhalte sollten in jedem Fall nachhaltiger sein als ein Sonnenbrand“, verspricht Jochen Schmid.

Kurzentschlossene können sich noch bis 20.06.2016 anmelden – bitte hier klicken: http://dechema-dfi.de/QBio.html. Die freien Restplätze werden in der Reihenfolge der Anmeldung vergeben.

 

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waste-separation-502952_1920Circular Economy – das ist doch das Konzept, bei dem Produkte wie Waschmaschinen, Autos oder T-Shirts möglichst vollständig recycelt werden sollen, um den Abfall zu minimieren. Was hat das mit chemischer Verfahrentechnik oder Biotechnologie zu tun?

Eine ganze Menge, wie die Europäische Pattform für Nachhaltige Chemie SusChem in einem Positionspapier festgestellt hat. Eine tragfähige Kreislaufwirtschaft kann sich demnach nur entwickeln, wenn alle Aspekte der Nachhaltigkeit – positiver Einfluss auf die Gesellschaft, Minimierung der Umweltbelastung und Wirtschaftswachstum- gleichzeitig realisiert werden. Dafürbraucht es aber nicht nur neue Regularien, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle, sondern konkrete technologische Fortschritte. Ziel ist es, vorhandene Ressourcen entlang des gesamten Lebenszyklus besser zu nutzen und  neue Produktions- und Verwertungswege zu entwickeln.

Und das funktioniert nur mit dem Know-How der chemischen Industrie, die als Lieferant von Werkstoffen und technologischen Lösungen die nachgelagerten Wertschöpfungsstufen entscheidend prägt.

Beispiele für Technologien, die zur Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft beitragen können sind u.a.

Die Nutzung alternativer Ressourcen wie nachwachsender Rohstoffe oder CO2 aus Industrieprozessen

CO2 stellt eine erneuerbare Kohlenstoffquelle für die Produktion von Chemikalien, Polymeren und Kraftstoffen dar, seine Nutzung kann zur Kreislaufschließung beitragen. Benötigt werden dafür neue Katalysatoren und effiziente Prozesse für die Abtrennung, Reinigung und Unsetzung – eine große Aufgabe für Chemiker und Verfahrenstechniker.

Die Entwicklung neuer Materialien, die nachhaltige und recyclebare Produkte ermöglichen

Verbundwerkstoffe ermöglichen Leichtbauanwendungen für Transport, aber beispielsweise auch Windkraftanlagen. Sie verbessern unmittelbar die Energieeffizienz. Heutige Kunstharz-Verbundwerkstoffe sind in der Regel nicht recyclierbar. Gesucht werden daher neue Monomere, aber auch Produktionsverfahren und die Möglichkeit, schon in der Designphase mit Hilfe von Simulationen zuverlässige Vorhersagen über das Verhalten der Bauteile zu machen – ein weites Feld für Werkstoffwissenschaftler, Ingenieure und Chemiker.

Effizienzerhöhung der Produktionsprozesse und die Kreislaufschließung in der chemischen Produktion

Die Idee der Kreislaufwirtschaft schließt die Kreislauf-Bioökonomie mit ein. Ein Weg dorthin sind Bioraffinerien, die auf Basis von Biomasse eine Vielzahl chemischer Produkte herstellen. Idealerweise kommen Rest- und Abfallsströme zum Einsatz, die sonst nicht genutzt oder beispielsweise verbrannt würden. Gesucht werden Prozesse, die effizient und wettbewerbsfähig sind. Verschiedene Arten von Biomasse erfodern maßgeschneiderte Prozesse für die Herstellung von Chemikalien, Werkstoffen, Pharmazeutika, Kosmetik, Kunststoffe, Lebensmittel und Futtermittel, Detergentien, Textilien und Bioenergie. Diese Prozesse müssen im industriellen Maßstab durchführbar sein – ein großes Forschungsfeld für Biotechnologen und Verfahrenstechniker.

Doch ist es wirklich realistisch, Kreisläufe vollständig zu schließen? Oder brauchen wir andere Konzepte für den sparsamen Umgang mit Ressourcen? Darum geht es beim DECHEMA-Tag am 1. Juni 2016 – kommen Sie vorbei und diskutieren Sie mit!

 

 

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Kollektion von Mikroalgenkulturen [von CSIRO, CC BY 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35475348

Mikroalgen sind eine wichtige Säule einer zukünftigen Bioökonomie, denn sie produzieren ohne Konkurrenz zu landwirtschaftlichen Flächen eine große Vielfalt hochwertiger Produkte. Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es allerdings nicht nur gezielter Forschung und Entwicklung, sondern auch geeigneter politischer Rahmenbedingungen. Was genau zu tun ist, stellt die DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie In ihrem neuen Statuspapier „Mikroalgen-Biotechnologie: Gegenwärtiger Stand, Herausforderungen, Ziele“ vor. Entlang der Wertschöpfungskette von der Algenanzucht bis zum Produkt beschreiben die Experten, welche Verfahren heute im Einsatz sind, welche Herausforderungen bestehen und wie diesen begegnet werden kann. Dabei diskutieren sie auch die gesellschaftliche Relevanz und beleuchten Chancen, die sich für Menschen in Entwicklungs- und Schwellenländern durch den Mikroalgenanbau bieten.

Vor einigen Jahren waren Mikroalgen als Klimaretter in aller Munde. Als die ersten Flugzeuge testweise mit Algen-Kerosin abhoben, berichteten die großen Tageszeitungen ausführlich über die kleinen Hoffnungsträger. Inzwischen ist es in der Öffentlichkeit wieder etwas ruhiger geworden. Das heißt aber nicht, dass sich bei den Mikroalgen nichts getan hätte – im Gegenteil.

Allerdings sind sich die Experten inzwischen darüber einig, dass die ausschließliche Erzeugung von regenerativen Kraftstoffen mit Algen aus Gründen des Klimaschutzes und der Wirtschaftlichkeit derzeit nicht sinnvoll ist. Die Forschung konzentriert sich daher in weiten Teilen auf hochwertigere Produkte aus Algen. Beispiele sind Nahrungsergänzungsmittel, Inhaltsstoffe für Pharmazeutika und Kosmetik oder wertvolle Futtermittel für Fischzucht und Landwirtschaft. In Kombination mit der Nutzung der Rest-Algenbiomasse zur Energiegewinnung sind reizvolle Konzepte für sogenannte „Algenbioraffinerien“ vorstellbar, die auf Basis von Algen eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte liefern.

Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es einer gezielten Weiterentwicklung auf allen Stufen der Wertschöpfungskette. Von den geschätzt mehr als 100.000 Algenarten sind weniger als 10.000 klassifiziert, und nur etwa 20 Mikroalgenarten werden bislang wirtschaftlich genutzt. Hier schlummert ein Schatz an Naturstoffen und möglichen Produzenten, die durch Kultivierung nutzbar gemacht werden könnten. Für die Anzucht der Algen werden geschlossene Reaktoren mit Licht-durchlässigen Wandungen eingesetzt, damit die Organismen das einfallende (Sonnen-)Licht zum Wachstum nutzen können. Neue transparente Kunststoffe könnten erhebliche Verbesserungen bringen. Da die Aufarbeitung, also „Ernte“ und „Trocknung“ der Mikroalgen, heute immer noch den Löwenanteil der Energie verbraucht, empfehlen die Experten eine verstärkte Zusammenarbeit von Universitäten und Unternehmen, um diesen Schritt zu verbessern.

Ist ein Verfahren erst einmal im Labor entwickelt, muss es im größeren Maßstab getestet und verbessert werden. Doch Demonstrationsanlagen dafür sind bisher in Deutschland zu wenige vorhanden. Auch zum Aufbau von Produktionsanlagen fehlen den häufig kleinen und jungen Unternehmen die Mittel; Fördergelder für die Prozessentwicklung bis in den Demonstrationsmaßstab, ein freundliches Investitionsklima und einfachere Kontakte zu Geldgebern könnten helfen.

Profitieren können davon am Ende nicht nur die Industrieländer. In einigen Regionen Afrikas wie Kenia, Mauretanien und Madagaskar gibt es schon heute Versuchsanlagen für die Produktion von Proteinen zur Ernährungssicherung. Das Beispiel zeigt, wie wichtig die internationale Zusammenarbeit ist; dabei sollen sowohl Industrieländer untereinander kooperieren als auch mit Ländern, die dank ihrer klimatischen Rahmenbedingungen besonders gute Voraussetzungen für den Algenanbau bieten.

Das Papier steht unter http://dechema.de/studien.html zum kostenlosen Download zur Verfügung.

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Titel Vorbild NaturWelche Chancen bieten Naturstoffe aus Pflanzen, Pilzen oder Mikroorganismen für Pharmazie und Medizin? Wie kann man sie gewinnen oder im Labor herstellen? Unter dem Titel „Vorbild Natur – Naturstoff-Forschung in Deutschland“ beschreiben Experten, wie natürliche Substanzen aus Regenwald, Boden und Meer zu Medikamenten werden. Die App ist kostenfrei für Android und über iTunes verfügbar.

Was haben Kugelfisch, Schlafmohn und Schimmelpilze gemeinsam? Sie produzieren – wie viele andere Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen – Naturstoffe, die auf andere Organismen wirken. Das Spektrum reicht von Pheromonen, die als chemische „Sprache“ dienen, über Toxine zur Feindesabwehr bis zu Geschmacks- und Geruchsstoffen. Für die Forschung sind diese Substanzen hoch interessant – am wichtigsten als Quelle für neue Medikamente, aber auch als Nahrungsergänzungsmittel oder zur Schädlingsbekämpfung. In einer App, die ab sofort kostenfrei zum Herunterladen zur Verfügung steht, stellen Experten aus der DECHEMA-Fachgruppe „Niedermolekulare Naturstoffe mit biologischer Wirkung“ die neusten Erkenntnisse aus der Naturstoff-Forschung und die praktischen Anwendungen vor. Die Autoren aus Industrie, Universitäten und Forschungseinrichtungen berichten in 18 Kapiteln über ihre Forschungsgebiete und Naturstoffe aus Regenwald, Meer oder Bodenbakterien. Dabei fehlt ebenso wenig ein Überblick über die Geschichte der Naturstoff-Forschung bis heute wie eine Diskussion über aktuelle wissenschaftliche Methoden, die uns neue Perspektiven eröffnen: Dank neuer Analysetechniken kann die nahezu endlose Zahl chemischer Strukturen viel schneller untersucht und auf ihre biologische Wirksamkeit getestet werden. Die Biotechnologie erlaubt die Herstellung von komplizierten Molekülen in wenigen Schritten. Am Ende der App steht ein Überblick über Forschungsgruppen und Studien- sowie Ausbildungsmöglichkeiten in Deutschland. Studierende der Medizin, Pharmazie und Naturwissenschaften, Schüler, aber auch all jene, die sich für den Einsatz von Naturstoffen in Pharmazie, Lebensmitteln oder anderen Anwendungen interessieren, bekommen einen Einblick in ein faszinierendes Forschungsfeld, das uns unmittelbar berührt und dessen Grenzen noch lange nicht erreicht sind.

https://itunes.apple.com/de/app/naturstoff-forschung/id949970514?mt=8
https://play.google.com/store/apps/details?id=de.mediacologne.dechema.android

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ACHEMA EU BioeconomyWhat can be achieved in three years? Three years after birth, a child goes to kindergarten; depending on the planetary configuration, a spaceship could travel from earth to Jupiter; and a poplar in short rotation forestry can be harvested every three years.

How has the European bioeconomy developed over the past three years? Is it still in its infancy, has it already covered a long distance? Or is it even ripe for harvest?

At ACHEMA 2012 and 2015, one-day sessions on the EU bioeconomy have been organized jointly by DECHEMA, ERRMA, VCI and FNR. The ACHEMA 2012 event culminated in a paper called “The Frankfurt ACHEMA-Manifesto on the PPPs within the bioeconomy”. HORIZON2020 was under way, the organizational framework for funding of bioeconomy research needed yet to be detailed. A comparison between the 2012 Manifesto and the 2015 conclusions shows how much progress has already been made:

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