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Archive for the ‘Biotechnologie’ Category

4 Fragen an…
Dr. Arren Bar-Even, Forschungsgruppenleiter „Systemischer und synthetischer Stoffwechsel“ am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie, Golm

Dr. Bar-Even, ein Schwerpunkt Ihres Forschungsteams ist der „Umbau“ des zentralen Stoffwechsels von Mikroorganismen. Was fasziniert Sie am meisten am gezielten „Design“ von Stoffwechselwegen?

Dr. Arren Bar-Even [Quelle Sevens Maltry]

Ich glaube, was mich wirklich fasziniert, ist der Stoffwechsel selbst, noch bevor wir über synthetische Biologie sprechen. Der Stoffwechsel ist im Grunde der Kern des Lebens. Die Menschen neigen dazu, immer die genetische Information, die DNA und so weiter, als das Grundphänomen des Lebens zu betrachten, aber ich bin anderer Meinung. Stoffwechsel ist Leben. Der Stoffwechsel ist die konzertierte Umwandlung von Molekülen in andere Moleküle; er reagiert auf Reize und erhält gleichzeitig die Homöostase aufrecht. Das ist Leben.

„Stoffwechsel ist Leben“

Das Faszinierende am Stoffwechsel, das mich besonders anspricht, ist die Tatsache, dass es sich um einen sehr organisierten, fast mathematischen Prozess handelt – dahingehend, dass er nach ganz bestimmten Regeln abläuft. Es ist leicht, den Stoffwechsel im Rahmen dieser Regeln zu betrachten. Wir versuchen ständig, neue Regeln aufzudecken und von ihnen zu lernen, um neue Stoffwechselwege zu entwerfen. Das ist es, was mich fasziniert. Im Grunde genommen braucht man zwei Komponenten: ein grundlegendes wissenschaftliches Verständnis der Designprinzipien des Stoffwechsels und eine eher angewandte, technische Komponente, die versucht, diese Erkenntnisse und Designprinzipien nutzbar zu machen. Das Design von Stoffwechselwegen, das „Pathway Engineering“, ist kein Ausprobieren, sondern das Durchdenken, Entwerfen und Analysieren potenzieller Routen nach bestimmten chemischen und mathematischen Regeln. Im Gegensatz zu vielen anderen biologischen Ansätzen geht es hier wirklich darum, Leben zu konstruieren.

In Ihrer jüngsten Veröffentlichung in Nature Chemical Biology beschreiben Sie einen neuen Weg, der es Bakterien ermöglicht, auf C1–Verbindungen wie Formiat und Methanol zu wachsen. Wie tragen diese Erkenntnisse zur nachhaltigen Produktion von Chemikalien bei?

Zunächst muss man sich klarmachen, dass fast alle Dinge um uns herum aus Kohlenstoff bestehen und dass dieser Kohlenstoff hauptsächlich aus fossilen Quellen stammt. Im Grunde genommen basiert also alles auf Öl . Ich spreche nicht nur von Kraftstoffen, sondern auch von Kunststoffen, Textilien, Pigmenten und Lösungsmitteln. Natürlich ist die Produktion von Dingen aus fossilem Kohlenstoff nicht nachhaltig. Letztendlich endet dieser Kohlenstoff als CO2 – das wollen wir nicht. Die Idee hinter unserer Veröffentlichung ist es deshalb, CO2 zur Herstellung all dieser Dinge um uns herum zu verwenden. In unserem Szenario schaffen wir eine zirkuläre Kohlenstoffwirtschaft, in der alle Dinge bei CO2 beginnen und in CO2 enden, aber ohne dass netto zusätzliches CO2 freigesetzt wird. Dies bringt uns zu der Hauptfrage: Wie kann man am besten mit CO2 beginnen und bei Chemikalien enden?

„Die Nutzung der Landwirtschaft zur Produktion von Chemikalien ist wahrscheinlich nicht die beste Lösung“

Zuckerrübenfeld [Quelle DarkWorkX / Pixabay]

Man kann viele verschiedene Ansätze verfolgen. Es gibt zum Beispiel rein biologische Ansätze, die sich auf die Landwirtschaft oder die Photosynthese stützen, um Kohlenstoff zu fixieren. Der Kohlenstoff wird in Zucker umgewandelt und an Bakterien verfüttert, die den Zucker in Chemikalien umwandeln. Dies ist einer der gängigsten Wege. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz besteht darin, dass die Verwendung von landwirtschaftlichen Ressourcen zur Herstellung von Chemikalien in direkter Konkurrenz zum menschlichen Konsum steht. Folglich bedroht er die Ernährungssicherheit und erfordert die Ausweitung der Landwirtschaft, was auf Kosten des natürlichen Lebensraums geht und die biologische Vielfalt direkt bedroht. Deshalb ist die Nutzung der Landwirtschaft zur Herstellung von Chemikalien auf lange Sicht wahrscheinlich nicht die beste Lösung. Was diesen Ansatz noch komplizierter macht, ist, dass er ziemlich ineffizient ist. Im Grunde ist die Effizien von Pflanzen oder anderen fotosynthetischen Organismen, die Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln, sehr gering.
Auf der anderen Seite kann man versuchen, CO2 durch rein chemische Katalyse in Chemikalien umzuwandeln und dabei wesentlich höhere energetische Wirkungsgrade zu erzielen. Das Problem dabei ist, dass die chemische Katalyse in der Regel große Anlagen erfordert und unter extremen Bedingungen wie hohem Druck und sehr hohen Temperaturen arbeitet. Außerdem ist man sehr eingeschränkt, wenn es darum geht, ganz spezifische Verbindungen herzustellen. Häufig erhält man stattdessen eine Mischung aus vielen, vielen verschiedenen Molekülen.

„Wir kombinieren abiotische und biotische Katalyse“

Der Ansatz, den wir verfolgen, ist, abiotische Katalyse und biotische Katalyse so zu kombinieren, dass wir die Vorteile beider Ansätze nutzen können, ohne unter ihren Nachteilen zu leiden. Die Idee: Wir aktivieren CO2, in dem wir abiotisch einfache C1-Verbindungen herstellen. Diese C1-Verbindungen verfüttern wir an Mikroorganismen, die sie in komplexe Moleküle umwandeln. Beide Schritte können auf sehr effizient und spezifisch durchgeführt werden. Unsere Produktionskette geht also von CO2 aus, verläuft über die katalytische Herstellung von C1-Verbindungen und von dort zu den Mikroorganismen.

E. coli [Gerd Altmann / Pixabay]

Ameisensäure und Methanol, über die wir auch in der Veröffentlichung berichten, sind Schlüsselmoleküle, weil sie sehr effizient aus CO2 hergestellt werden können. Außerdem sind sie flüssig und löslich, sie können also bei Bedarf gelagert und transportiert werden, und sie können von lebenden Zellen leicht aufgenommen werden. In unserer Veröffentlichung haben wir E.coli-Bakterien so verändert, dass sie auf Formiat und Methanol wachsen können. Dieser Stamm kann nun so weiter manipuliert werden, dass er jede Chemikalie produziert, die Sie gerne hätten. Das könnte Kraftstoff sein, Kunststoffmonomere, irgendein chemischer Grundstoff und so weiter. In unserem Konzept bilden neue Bakterienstämme den Schlüssel für die Umsetzung einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft.

Das klingt vielversprechend und bringt mich zur nächsten Frage: Von welchem Stoffwechselweg träumen Sie? Und was ist nötig, damit dieser Stoffwechselweg zukünftig genutzt werden kann, um bio-basierte Chemikalien in großem Maßstab herzustellen?

Wenn es um den Stoffwechselweg meiner Träume geht, bin ich befangen: Ich glaube, es ist der, den wir in Nature Chemical Biology vorgestellt haben. An diesem Weg – der reduktiven Glycin-Route – arbeite ich schon sehr lange, und ich sehe ihn sehr optimistisch. Es gibt einige Gründe, warum ich gerade diese Route besonders mag. Erstens ist sie sehr effizient. Man kann sie nutzen, um Formiat oder Methanol mit wenig Aufwand für die Zelle herzustellen. Das heißt, man bekommt viel Biomasse und hohe Produktausbeuten, und das ist der Schlüssel für eine wirtschaftlich wettbewerbsfähigen und nachhaltigen Prozess.

„Diese Route scheint ein „plug-and-play“-Mechanismus zu sein“

Was aber noch wichtiger ist: Diese Route scheint ein „plug-and-play“-Mechanismus zur Verarbeitung von C1-Verbindungen zu sein, man kann sie also in verschiedenen Wirten einsetzen. Sie ist nicht spezifisch für einen Organismus. Neben dem Einsatz in E.coli, über den wir in Nature Chemical Biology berichten, haben wir sie auch in andere Mikrooganismen eingebracht. So könnte möglicherweise jedes Labor die Route im Organismus seiner Wahl einsetzen und ihn so befähigen, auf Methanol und Formiat zu wachsen und Wertstoffe zu produzieren.

„Es gibt noch viel zu tun”

Um die Frage zu beantworten, was getan werden muss, um synthetische Wege in der Industrie zu implementieren – es gibt noch viel zu tun. Derzeit können wir diese Technologie noch nicht im großen Maßstab einsetzen, weil viele Schritte noch optimiert werden müssen. Betrachtet man die rein biologischen Prozesse, muss die Fähigkeit der mikrobiellen Stämme, auf Formiat und Methanol zu wachsen, weiter verbessert werden. Langfristige Entwicklung, Anpassung und Optimierung sind erforderlich, damit die vielversprechendsten Stämme das volle Potenzial des Pfades ausschöpfen können. Wenn wir außerdem etwas ganz Bestimmtes aus Formiat oder Methanol herstellen wollen, müssen wir den Stamm weiter entwickeln und die metabolische Umwandlung von Formiat oder Methanol in das Produkt optimieren. Und wenn man andere Mikroorganismen zur Herstellung neuer Verbindungen verwenden will, muss man zunächst den reduktiven Glycinweg im neuen Wirt etablieren, was zusätzliche Arbeit erfordert.

„Vom CO2 zum Formiat“

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Darüber hinaus gibt es im abiotischen Teil noch viel zu tun. Wie schon dargestellt, ist unsere Technologie auf eine abiotische Aktivierung von CO2 angewiesen, um die Umwandlung in C1-Verbindungen zu ermöglichen. Viele Labore und Unternehmen auf der ganzen Welt forschen umfassend an diesen Verfahren, und viele Fortschritte haben dazu beigetragen, dass die Umwandlung wirtschaftliche rentabel wird. Der Prozess der Umwandlung von CO2 in Methanol ist relativ weit entwickelt und bereits kommerziell verfügbar. Was wir jedoch noch interessanter finden, ist die Umwandlung von CO2 in Formiat. Dieser Prozess befindet sich noch immer auf einem relativ niedrigen Technology Readyness Level. Es besteht noch eine Menge Optimierungsbedarf, um sowohl die Effizienz hoch als auch die Kosten des Elektrolyseurs so niedrig wie möglich zu halten. Deshalb arbeiten wir auch mit Chemikern und Chemieunternehmen zusammen, die sich auf CO2-Umwandlungstechnologien konzentrieren.
Wir sprechen also optimistisch von einem Zeitraum von mehreren Jahren, bis wir in der Lage sein werden, eine komplette Produktionskette vom CO2 bis zum Produkt im kommerziellen Maßstab umzusetzen.

Sie sind Teil eines nationalen Projekts namens ForceYield zu synthetischen Stoffwechselwegen, das vor kurzem angelaufen ist. Was ist der Mehrwert solcher Projekte mit vielen Partnern?

Ich kenne viele Leute, die sich alleine um eine Finanzierung bewerben, und ich kenne viele Leute wie mich, die sich in der Regel im Rahmen eines Konsortiums um eine Fördergelder bewerben. Ich glaube, der Hauptunterschied besteht darin, dass man sich für Grundlagenforschung tatächlich alleine um Fördermittel bewerben kann. Wenn man jedoch ein eher angewandtes Forschungsthema, einen methodischen Ansatz oder ein neues Produkt anstrebt, ist es fast unmöglich, ein solches Projekt allein durchzuführen. Man muss zusammenarbeiten; man muss ein Konsortium haben, das Fähigkeiten umfasst, die über das eigene Know-How hinausgehen.

„Man braucht Experten für verschiedene Aspekte“

Um von einer Idee zu einem Produkt zu kommen, bedarf es eines stark interdisziplinären Hintergrunds und sehr unterschiedlicher Fähigkeiten, um verschiedene Herausforderungen entlang der Entwicklung der Produktionskette anzugehen. Dies gilt auch für das ForceYield-Projekt. Wir haben Leute mit ganz unterschiedlischer Expertise an Bord und jeder von ihnen muss seinen Teil dazu beitragen, damit wir am Ende einen tragfähigen Prozess haben. Innerhalb des ForceYield-Teams haben wir Experten für Metabolic Engineering, die den inneren Aufbau der Zellen verändern können. Wir haben andere, die sich besonders gut mit Stammoptimierung und der langfristigen Evolution von Zellen auskennen, und wieder andere, die Experten in der Entwicklung und Optimierung von Bioprozessen sind. Eine enge Zusammenarbeit dieser Disziplinen ist für den Gesamtprozess unerlässlich. Darüber hinaus ist die Beteiligung von Industrieunternehmen, sowohl im Beirat als auch im Projekt selbst, entscheidend, um einen Ansporn und die richtigen Informationen zu erhalten, damit wir das Projekt auf einen wirtschaftlich tragfähigen Weg steuern können.

Dr. Bar-Even, vielen Dank für dieses Gespräch!

Neben dem ForceYield-Projekt arbeitet die DECHEMA e.V. auch im nationalen Projekt TRANSFORMATE mit Dr. Arren Bar-Even zusammen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Beschreibung beider Projekte. Wenn Sie mehr über das ForceYield- und das TRANSFORMATE-Projekt erfahren möchten, dann schauen Sie doch mal unter www.dechema.de/forceyield und
https://dechema.de/Forschungsförderung/Projekte/TRANSFORMATE.html.

Das Ziel des ForceYield-Projekts ist die Entwicklung eines innovativen bakteriellen Plattformorganismus, der in der Lage ist, landwirtschaftliche Abfälle in wertvolle Chemikalien auf biologischer Basis umzuwandeln. Mit Hilfe eines neuartigen synthetischen Stoffwechselweges wird der Organismus in der Lage sein, außergewöhnlich hohe Produkterträge zu erzielen.

TRANSFORMATE
Das Ziel des TRANSFORMATE-Projekts ist die Umwandlung von CO2-haltigen Abgasströmen aus Industrieparks in wertvolle biologisch abbaubare Biokunststoffe. Dazu wird ein Verfahren entwickelt, das CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Umwandlung zu Ameisensäure reduziert und dann im Bioreaktor mit hoher Selektivität in Spezialchemikalien (PHB und Croto®) umwandelt.

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IoT, Prozessflexibilität oder Predictive Control sind nur einige der aktuellen Schlagworte, die die Diskussion in der Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie beherrschen. Sie alle beruhen auf einem gemeinsamen Kern: Ohne Prozessanalytik geht es nicht.

Kein Wunder also, dass einerseits enorme Fortschritte gemacht werden, andererseits aber auch der Bedarf an weiterer Forschung immens ist. Auf der Europact 2020 werden führende Experten zusammenkommen, um die neuesten Trends zu diskutieren – und es gibt viel zu besprechen.

Die Prozessanalytik ist ein vielfältiges und multidisziplinäres Thema. Angefangen von der zugrundeliegenden analytischen Methodik bis hin zur Entwicklung von Sensoren, die eine kontinuierliche Inline-Analytik in Echtzeit ermöglichen, der Integration von Daten aus verschiedenen Quellen und den Rückkopplungsschleifen für die Online-Regelung müssen Chemiker, Ingenieure und Datenwissenschaftler zusammenarbeiten, um die Vision einer integrierten PAT zu verwirklichen.

Integration von Analysemethoden in laufende Prozesse

Die gebräuchlichsten Analysemethoden, auf denen PAT basiert, sind – neben der Messung grundlegender Parameter wie Temperatur, Druck oder pH-Wert – spektroskopische Technologien wie UV/Vis, IR oder NMR. Der Einsatz dieser hochentwickelten Methoden ist durch die rasante Entwicklung der Miniaturisierung und die Verfügbarkeit von sicheren und zuverlässigen drahtlosen Kommunikationstechnologien möglich geworden. Fortschritte in der Lasertechnologie und im Detektordesign haben den Einsatzbereich zusätzlich erweitert. Kompakte Geräte haben nicht nur die Laborbänke erobert, sondern können sogar in einer Produktionsumgebung eingesetzt werden, wo der Platz begrenzt ist, starke Magnetfelder Probleme bereiten würden und eine regelmäßige Gasversorgung aufgrund logistischer Beschränkungen nicht realisierbar ist.

Europact 2017

Die Integration eines Sensors in einen laufenden Prozess bringt zusätzliche Herausforderungen mit sich – angefangen bei der nicht ganz einfachen Frage, wie man den Sensor ins Innere bekommt, ohne die Prozessbedingungen zu beeinträchtigen. Um die Laufzeit zu maximieren und die Notwendigkeit von Eingriffen zu minimieren, sollten die Sensoren nicht manuell kalibriert werden müssen; dies erfordert die Entwicklung von „intelligenten Sensoren“. Sie können automatisch nachkalibrieren; in Kombination mit Software und „Fuzzy“-Logik, die kleinere Abweichungen ausgleicht, wird die Laufzeit deutlich erhöht.

Daten sinnvoll nutzen

Daten zu sammeln ist eine Sache, sie zu nutzen bisweilen eine ganz andere. In den letzten Jahren wurden mathematische Modelle und Algorithmen entwickelt, die neue Erkenntnisse ermöglichen. Sie helfen auch dabei, kritische Lücken zu schließen; diese können entstehen, wenn Design of Experiment-Methoden verwendet werden und dabei kritische Parameter übersehen werden oder eine größere Varianz aufweisen als erwartet. So kann PAT in jeder Phase der Wertschöpfungskette und des Produktlebenszyklus ein wertvolles Instrument sein, das die Prozessentwicklung beschleunigt und kritische Qualitätslücken in einem sehr frühen Stadium beseitigt.  Modellbasierte Vorhersagen ermöglichen die Optimierung eines Prozesses auf Parameter, die nicht direkt für die Messung zugänglich sind.

PAT als Enabler für neue Prozesse

Bioprozesse werden sowohl in der Pharma- als auch in der chemischen Industrie immer wichtiger. Im Vergleich zu „klassischen“ chemischen Synthesen sind sie wesentlich komplexer, mit geringen Produktkonzentrationen, vielen komplexen Nebenprodukten und Inhomogenitäten im Reaktor. Die Zusammensetzung und Qualität der Rohstoffe kann ebenfalls variieren. Die Messung und Steuerung von Bioprozessen ist daher sowohl eine Herausforderung als auch ein Bereich, in dem enorme Fortschritte erzielt werden können (und zur Erreichung der Wettbewerbsfähigkeit erforderlich sind).  Ein wichtiger Trend der letzten Jahre war die Entwicklung kontinuierlicher Bioprozesse. Sie sind ohne die Möglichkeiten, die Qualität in Echtzeit zu kontrollieren und die Prozessparameter zeitnah anzupassen, kaum vorstellbar. Der Übergang von der Batch- zur kontinuierlichen Verarbeitung erfordert zu jedem Zeitpunkt ein deutlich verbessertes Prozessverständnis, ebenso wie die Überwachung von Nährstoffen und Verunreinigungen. Christoph Herwig, Leiter der Bioverfahrenstechnik an der TU Wien und Vorsitzender des Komitees der Europact 2020, sieht eine entscheidende Rolle für die PAT in diesem Bereich:  „Die PAT ist der Schlüssel zu robusten kontinuierlichen Bioprozessen und fortschrittlicher Therapien.“

PAT ist keine isolierte Technologie

Während die Integration von Feldinstrumenten bereits weit fortgeschritten ist und sich auf OPC UA DI als Kommunikationstechnologie und PADIM als Informationsmodell stützt, muss die Prozessanalytik dringend aufholen. Dies gilt insbesondere für die Integration mit offenen Architekturen. „PAT liefert eine Menge spezifischer Daten – sowohl Messdaten als auch Diagnosedaten -, die von IIoT-Technologien zur Optimierung der Instandhaltung und der Prozesse genutzt werden könnten“, sagt Werner Worringen, PAT-Experte bei Yokogawa. Die Voraussetzung für IIot ist die nahtlose Integration von PAT in das Gesamtdatenmodell eines Produktionsprozesses. Da PAT-Daten in der Regel sehr komplex sind und von verschiedenen Standorten in einem Werk stammen, scheinen Cloud-Lösungen die beste Antwort zu sein. Aber Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit, gemeinsamer Standards und Schnittstellen werden derzeit noch diskutiert.

Entdecken Sie die Trends der Prozessanalytik bei der Europact 2020
Die 5. European Conference on Process Analytics and Control Technology, kurz Europact, deckt alle Aspekte der PAT ab  – von den analytischen Methoden und der Sensorentwicklung über Datenmodelle und Systemintegration. Melden Sie sich an und beteiligen Sie sich am Austausch unter internationalen Experten. Mehr unter https://dechema.de/europact2020.html

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Welche Erwartungen haben Startups an das Forum Startup Chemie? Und wie lassen sich Doppelaktivitäten vermeiden? Das waren nur zwei der Fragen, die beim 3. Stakeholdertreffen des Forums Startup Chemie am 18. November zur Sprache kamen. Die Arbeitskreise sowie Startups und Vertreter der Industrie, der Wissenschaft und des Kapitalmarkts kamen ins DECHEMA-Haus und diskutierten neue Ergebnisse, bauten ihre Netzwerke aus und stießen neue Aktivitäten an, um die Startup-Szene weiter voranzutreiben.

Was erwarten Startups vom Forum? Darum ging es gleich zu Beginn – und die Antwort war eindeutig: Gründerinnen und Gründer benötigen vor allem Netzwerke und Kontakte zu Experten. Das Forum Startup Chemie wird daher zukünftig noch intensiver Startups mit Vertretern aus Industrie, Wissenschaft, Kapital und Politik vernetzen – durch Veranstaltungen, über seine Datenbanken und seine Netzwerke. Gleich an zweiter Position: Das Einbinden der Startups in F&E-Projekte. Auch hier wird das Forum seine Aktivitäten weiter ausbauen und in enger Zusammenarbeit mit der DECHEMA sowie den bestehenden Netzwerken Startups in nationale und internationale Projekte einbeziehen.

Lücken schließen statt Doppelarbeit

Eines der wichtigsten Ziele des Forums: Keine Konkurrenz zu bereits bestehenden Startup-Unterstützungsaktivitäten aufbauen, sondern dort, wo „Lücken“ existieren, entsprechende Aktivitäten initiieren. Dafür ist   – neben der oben genannten „Bedürfnisanalyse“ – eine Übersicht über bereits bestehende Angebote unbedingt notwendig, um ein Bild der Startup-Landschaft im Bereich Chemie und angerenzenden Bereichen zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde eine Sammlung Chemie-relevanter Gründerzentren, Technologieparks, Inkubatoren & Akzeleratoren sowie Netzwerke & Cluster aufgebaut und im Rahmen des 3. Stakeholdertreffen vorgestellt. Diese ist auch auf der Homepage des Forums veröffentlicht .

Der Arbeitskreis „Wachstum“ hat außerdem eine Datenbank mit etwa 280 Chemie-relevanten Startups erstellt. Sie gibt Vertretern aus Industrie und Kapital einen Überblick über die Startup-Landschaft und ermöglicht den Startups, ihreDienstleistungen oder Produkte zu präsenteiren. Der Arbeitskreis „Chancenfeld Digitalisierung“ organisiert Veranstaltungen und Webinare, bei denen sich „digitale“ Startups direkt potentiellen Kunden aus Industrie und Mittelstand vorstellen. Damit auch in Zukunft vermehrt Startups entstehen, will der Arbeitskreis „Gründung“ die Gründungskultur an den Hochschulen unterstützen ; er stellte entsprechende Aktivitäten vor. Auch der Arbeitskreis „Wachstum“ identifizierte Möglichkeiten , dieahmenbedingungen für Gründer und Startups zu verbessern, und erarbeitete hierzu Positionspapiere („Staatliche Förderprogramme“ und „Kritische Punkte bei Verträgen “).

Impulse für Startups und Unterstützer

Höhepunkte waren die Vorträge der eingeladenen Redner: Prof. Dr. Stephan Haubold (Hochschule Fresenius) machte  in seinem Vortrag auf aktuelle wie zukünftige Herausforderungen in der Chemie-Industrie sowie die Bedeutung von Startups für die Überwindung dieser Herausforderungen aufmerksam. Dr. Antonie Steenwinkel (Angel Engine) stellte ein Deutsch-Niederländisches Projekt zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der chemischen Industrie vor. Dr. Michael Brandkamp (High-Tech Gründerfonds) berichtete über den aktuellen Stand zum European Circular Bioeconomy Fund (ECBF), einem Fond zur Überbrückung derzeitiger Finanzierungslücken in der europäischen Bioökonomie. Nils Decker (International Sustainable Chemistry Collaborative Centre; ISC3) stellte den Global Start-up Service im Innovation Hub des ISC3 und seine Unterstützungsaktivitäten für Startups vor.

Nächster Termin: 27. April 2020

Auch im Rahmen des 4. Stakeholdertreffen am 27. April 2020 werden wieder aktuelle Ergebnisse vorgestellt und neue Aktivitäten angestoßen. Wenn auch Sie  als Stakeholder im Forum Startup Chemie mitwirken wollen oder Fragen zur Unterstützung durch das Forum haben, wenden Sie sich an Dr. Sebastian Hiessl (info@forum-startup-chemie.de) oder registrieren Sie sich als Stakeholder unter: https://forum-startup-chemie.de/registrierung.html.

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Was wird die Prozesstechnik morgen beschäftigen? Wohin entwickelt sich die Biotechnologie? Und wer muss mit wem zusammenarbeiten, um diese Fragestellungen aktiv anzugehen?

Mehr als 50 Experten diskutierten beim Strategieworkshop über Zukunftsthemen

Neue Themen zu entdecken und aktiv mitzugestalten, gehört zu den wichtigsten Aufgaben der DECHEMA. Viele Ideen entstehen aus den Gremien heraus. Aber es liegt in der Natur der DECHEMA und von ProcessNet, dass die ganz wesentlichen Herausforderungen nicht eine Fachgruppe oder ein Ausschuss alleine bearbeiten kann. Von der Energiewende über die Nutzung nachwachsender Rohstoffe bis zum Umgang mit den neuen Datenströmen in der Prozessindustrie – fachübergreifende Zusammenarbeit ist mehr denn je gefragt.

„Verantwortung Zukunft“

Der gemeinsame Strategieworkshop von DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie und ProcessNet Mitte Oktober in Wiesloch hatte genau das zum Ziel: Es ging darum, die Fragestellungen von morgen zu identifizieren und zu bearbeiten. Rund 50 Expertinnen und Experten, die die unterschiedlichsten Fachrichtungen innerhalb der Community repräsentieren, trafen sich unter dem Motto „Verantwortung Zukunft“.

Die Aufgabenstellung: Die unübersehbar großen Themen Digitalisierung, Biologisierung und Circular Economy sollten greifbar gemacht und strukturiert werden. Als viertes Thema kristallisierte sich schon zu Beginn im neuen Veranstaltungsformat BarCamp die Kommunikation heraus: Technologischer Fortschritt ist ohne gesellschaftlichen Dialog nicht (mehr) möglich – aber wie kann dieser Dialog angestoßen und geführt werden?

Themen und Aufgaben definiert

Digitalisierung und neue Lebensmittel = „Kuh 2.0“?

Das Ergebnis: Nach zweieinhalb Tagen intensiver gemeinsamer Arbeit in World Cafés und Workshops liegen nun zu den drei Fachthemen umfangreiche Kataloge mit verschiedenen Arbeitsempfehlungen vor: Von der „Kuh 2.0“ als Stichwort für biosynthetische Lebensmittel über die Definition der Circular Economy bis zur Einordnung der vielfältigen Digitalisierungsthemen nach Entwicklungsgrad wurden Fragestellungen formuliert, die handhabbar sind. Namentlich benannte „Kümmerer“ sind dafür verantwortlich, diese Themen weiter zu verfolgen – sei es in Form eines spezifischen Workshops mit Experten, sei es in Form eines Diskussionspapiers oder als Ausgangspunkt für ein mögliches Projekt. Zur Kommunikation wurden sehr konkrete Handlungsaufträge entwickelt, die in der nächsten Zeit gemeinsam mit der Geschäftsstelle umgesetzt werden sollen. Anfang des Jahres werden die Ergebnisse in den Gremien von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie vorgestellt und die Aktivitäten mit allen Beteiligten gestartet.

Dass ein so fruchtbarer Workshop überhaupt möglich war, ist zum Einen dem großen Engagement all derer zu danken, die als Ehrenamtliche zwei Tage ihrer Zeit geopfert und sich mit großem Einsatz beteiligt haben. Zum Anderen gilt der Dank aber auch all denen, die schon vorher über ihre Fachgruppen und Beiräte zur Themensammlung beigetragen haben.

An die Arbeit!

Das Ende des Strategieworkshops bildet damit den Anfang einer ganzen Palette thematischer Aktivitäten und das klare Bekenntnis von ProcessNet und DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie: Gemeinsam übernehmen wir Verantwortung für die Zukunft.

DECHEMA-Mitglieder finden Anfang 2020 die Informationen zu den konkreten Aktivitäten im Mitgliederbereich der Webseite und können sich dann beteiligen – wir informieren Sie per Newsletter und DECHEMA aktuell.

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Die Milch macht’s – mit diesem Werbespruch sind Generationen von Kindern aufgewachsen, ebenso wie mit „dem Besten aus der Milch“. Bei den beworbenen Produkten durfte man allerdings gelegentlich leise zweifeln, was „das Beste aus der Milch“ sein sollte, handelte es sich doch in der Regel eindeutig um Süßigkeiten mit eher fraglichem ernährungsphysiologischem Wert.

Dabei enthält Milch eine ganze Menge ganz besonderer Inhaltsstoffe. So beschäftigen sich Forscher an der Universität Hohenheim mit funktionellen Peptiden, die aus Kasein-Vorstufen zugänglich sind und vielversprechende Eigenschaften mitbringen: Sie wirken blutdrucksenkend, immunmodulierend, oder sie steigern die Verfügbarkeit von Mineralien. Durch Verdauungsenzyme oder mikrobielle Fermentation lassen sie sich freisetzen; bis sie als wertvolle Zusatzstoffe für Lebensmittel zugänglich sind, ist es allerdings noch ein weiterer Weg, denn die Trennung von komplexen Proteingemischen ist alles andere als einfach.

Welche Ansätze die Wissenschaftler zur Fraktionierung von Peptiden verfolgen, stellt J. Hinrichs von der Uni Hohenheim beim Infotag „Neue techno- und biofunktionelle Eigenschaften in Lebensmitteln“ am 29. November 2019 in Frankfurt vor. K. Parschat von Jennewein Biotechnologie beschreibt in ihrem Vortrag die Rolle humaner Oligosaccharide. Mehr

Milch enthält aber nicht nur Proteine und Peptide, sondern auch Oligosaccharide. Diese sind arttypisch und äußerst vielfältig. In menschlicher Muttermilch sind mehr als 150 strukturell unterschiedliche humane Oligosaccharide (HMO) bekannt, die nach Laktose und Fett den drittgrößten Bestandteil von Muttermilch darstellen. Die Milch von Kühen, Schaften oder Ziegen weist 100-1000 mal geringere HMO-Konzentrationen auf – einer der Gründe, warum Stillen immer noch das Beste für Babies und „normale“ Kuhmilch für die ungeeignet ist. In der kindlichen Entwicklung tragen HMO zur Etablierung eines gesunden Darmmikrobioms bei und können das Risiko von bakteriellen und viralen Infektionskrankheiten mindern. Können Kinder nicht gestillt werden, fehlte ihnen dieser Faktor bisher, denn die Herstellung von komplexen Zuckern im industriellen Maßstab war bis vor kurzem nicht möglich. Doch seit kurzem stehen fermentative Verfahren zur Verfügung, mit denen zumindest einige HMO im Multitonnen-Maßstab hergestellt werden können. Erste klinische Studien weisen auf positive Effekte für die Säuglingsernährung hin (hier gibt’s mehr zum Thema).

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Nachwuchswissenschaftlerinnen und –wissenschaftler, die eine akademische Laufbahn anstreben, können sich ab sofort wieder um den Hochschullehrer-Nachwuchspreis der DECHEMA für Biotechnologie bewerben.

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Der Hochschullehrer-Nachwuchspreis für Biotechnologie wird jährlich vergeben. Mit ihm werden junge Hochschullehrerinnen und –lehrer ausgezeichnet, die sich sowohl wissenschaftlich profilieren als auch in der Lage sind, ihr Fachwissen in hervorragender Weise an Studierende zu vermitteln.

Dazu halten die Kandidatinnen und Kandidaten, die auf Basis der Unterlagen für die zweite Runde ausgewählt wurden, auf der Frühjahrstagung der Biotechnologen am 3. März 2020 in Frankfurt einen 30minütigen Fachvortrag mit anschließender Diskussion. Im Vortrag soll es um eigene Forschungsarbeiten gehen, insbesondere die Einleitung soll aber für Zuhörer auf dem Niveau eines Bachelor-Studierenden verständlich sein. Die Entscheidung über die Vergabe des Preises fällt eine Jury aus Mitgliedern des Lenkungskreises der DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie unter Einbeziehung des Publikums-Votings.

Einzureichen sind neben Lebenslauf und Publikationsliste eine einseitige Kurzfassung des geplanten Vortrags.

Der Preis ist mit 1.500 Euro dotiert und wird von der DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie vergeben. Einreichungsschluss ist der 5. November 2019.

Die Ausschreibungsrichtlinien und das Einreichungsformular unter
https://dechema.de/Hochschullehrer_Nachwuchspreis_Biotechnologie

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Die Stimmung war hervorragend beim 12. Bundesalgenstammtisch im September 2019 in Kiel. Sicher trug auch der Tagungsort dazu bei. Denn die ca. 120 Teilnehmer konnten nicht nur aktuelle Forschungsergebnisse erfahren und intensiv diskutieren, sondern in und rund um Kiel Algenkultivierung und – nutzung live erleben. Kiel hat sich in den letzten Jahren zu einer Hochburg für die Algenbiotechnologie entwickelt, und auf den angebotenenen fünf Exkursionen zu Unternehmen und Instituten in der Region konnten sich die Gäste selbst ein Bild von Forschung und Anwendung entlang der Wertschöpfungskette machen.

Auch im Vortragsprogramm hatten die örtlichen Aktivitäten ihren Platz. Dazu kamen Vorstellungen der neuen „Innovationsräume Bioökonomie“, namentlich  BaMS und BioBall, in denen Mikroalgen eine Rolle spielen werden. Weitere Sessions befassten sich mit der Nährstoffversorgung von Algenkulturen, den Wechselwirkungen zwischen Alge und Reaktorsystem und der Frage, wie man marktfähige Produkte auf Basis von Algen entwickelt.

Zusätzlich zu den Präsentationen konnten sich die Teilnehmer in der Posterausstellung einen Überblick über den Stand der Wissenschaft verschaffen.

Das nächste Treffen der Algencommunity wird im Rahmen der 34. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen vom 21.-14. September 2020 in Aachen stattfinden. Der Call for Papers öffnet Ende Oktober 2019.

Im Frühjahr 2021 findet dann in Wien der erste DACH-Algen-Kongress statt, der das Jahrestreffen des österreichischen Netzwerkes Algen und den deutschen Bundesalgenstammtisch in einer gemeinsamen Veranstaltung des DACH-Netzwerkes Algen bündelt.

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Precision Medicine – where Bioinformatics & Medical Informatics meet. That was the general topic for the German Conference on Bioinformatics in Heidelberg from 16-19 September 2019. Participants had a great time – not only with a lot of cutting-edge science, but also some rather unexpected discoveries…

The German Conference on Bioinformatics (GCB) is an annual, international conference devoted to all areas of bioinformatics and meant as a platform for the whole bioinformatics community. Recent meetings attracted a multinational audience with 250 – 300 participants each year.
In 2019, the conference focused on bringing physicians, bioinformatics & medical informatics together and aimed to showcase applications and opportunities beyond.

Everything is ready…

And here we go

Inspiring talks on cutting-edge science…

… lessons learned…

…and yes, cats!

Great atmosphere for the evening lecture

And the FaBI Dissertation Award goes to…

Dr. Kai Dührkop (Friedrich-Schiller-Universität Jena) received the Dissertation Award 2019 of the Bioinformatics Working Group (FaBI). He developed a highly performative, transdisciplinary method for the rapid identification of small molecules from tandem mass spectra. These are an important tool in medical analytics, metabolome research and the search for biomarkers in pharmaceutical research. Its focus are fragmentations of unknown molecules. New algorithms allow for the informatic registration of complex splits in mass spectra. By comparing numerous alternative disintegration pathways, the computer identifies the most plausible structures. Kai Dührkop’s methodology is the basis for analytical software that is now used in laboratories.

A group photo from above

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Photo by Inmortal Producciones on Pexels.com

In der Logistik ist der Einsatz von Drohnen längst ein öffentlich diskutiertes Thema – von der Essenslieferung bis zum Versandhandel sollen autonome Transportdrohnen statt Pizza- oder Postbote die Bestellungen zur Haustür bringen. Auch in der Intralogistik von Unternehmen oder beim schnellen Transport von Blutproben laufen Versuche zum Drohneneinsatz. Nun sollen die fliegenden Helfer auch das Labor erobern.

Und sie klopfen schon an die Tür: Bei ThyssenKrupp Steel haben autonome Drohnen bereits die ersten Tests bestanden. Anstelle eines Werksmitarbeiters, der zweimal täglich mit dem PKW übers Werksgelände fährt, liefert eine autonom fliegende Drohne 

In einem Pilotversuch die Rohstoffproben zur zentralen Qualitätskontrolle und senkt dabei die Lieferzeiten um bis zu 70%.

Doch auch innerhalb des Labors könnten Drohnen wichtige Aufgaben übernehmen. Der Laborausrüster Hudson Robotics gab im April 2019 eine Entwicklungspartnerschaft mit Physical Sciences Inc (PSI) bekannt. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsam neue Technologien für das Probenhandling entwickeln. Dabei sollen die Drohnen Proben innerhalb des Labors transportieren. Sie werden zudem an die Laborautomations-Software angebunden: So sollen die Drohnen zum richtigen Gerät dirigiert werden, wo sie ihre Proben abladen. Die Software startet die Messung; nach erledigter Arbeit holt die Drohne die Proben wieder am Messgerät ab.

Der Hersteller Scentroid sieht eine wesentliche Chance für den Einsatz von Drohnen auch bei der Probennahme und in-situ-Messung: In schwer zugänglichen Bereichen z.B. über Industrieanlagen können die Geräte nach Angaben der Firma bis zu 30 Chemikalien messen und schicken die Werte zusammen mit ihrer genauen Position an die Bodenstation.

Werden Drohnen das Labor der Zukunft prägen? Oder sind ganz andere Technologien ausschlaggebend für effizientere Workflows und bessere Integration in Prozessentwicklung und Produktion? Diskutieren Sie mit beim PRAXISforum Lab of the Future am 3. und 4. September 2019. Erfahren Sie von Herstellern und Anwendern, was heute schon „state of the art“ ist, und entwickeln Sie gemeinsam neue Ideen im Creativity Lab. Programm und Anmeldung unter https://dechema.de/FutureLab.html

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Kiel hat sich über die letzten Jahre und Jahrzehnte zu einer Hochburg der Algenforschung entwickelt. Und mittlerweile sind die ersten Unternehmen am Markt, die zeigen, dass sich mit Mikroalgen auch Geld verdienen lässt. Wir stellen die „Algenszene“ im hohen Norden vor.

Mit dem Meer kennt man sich aus in Kiel, der Landeshauptstadt an der Ostseeküste. Und so hat man das, was andernorts erst seit einigen Jahren als Zukunftstechnologie gilt, schon seit Jahrzehnten im Blick. Schlagzeilen, die Tourismusexperten Schweißperlen auf die Stirn treiben, sind für die Algenforscher Alltag: Denn in der Ostsee, genauer in der Kieler Förde, wird schon seit 2000 eine Algenfarm mit der Braunalge Laminaria saccharina betrieben. Durch die Kombination von Algen und Muscheln in einer marinen multitrophischen Aquakultur produziert die Kieler Meeresfarm nachhaltige Lebensmittel und Produkte für die Kosmetikherstellung in Bioqualität. Seit 2014 existiert zudem eine Forschungsplattform für die Offshore-Algenkultur, die in einem gemeinsamen Projekt der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der Firma Coastal Research Management (CRM) und der Firma Sea & Sun Technology entwickelt wurde. CRM ist eine Plattform für unabhängige Experten im Küsten- und Meeresbereich. Mit über 250 Studien, Gutachten und Forschungsprojekten zählt sie zu den starken Akteuren auf diesem Gebiet.

Laminaria Saccharina (By Bjoertvedt – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=37206632)
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