Forschung

 

Das Institut für Technische Mikrobiologie

Das Institut für Technische Mikrobiologie unter der Leitung von Prof. Garabed Antranikian ist bekannt für seine Forschung auf dem Gebiet der extremophilen Mikroorganismen. Diese faszinierenden Organismen sind in der Lage, Temperaturen zwischen -10 und 120 °C, pH-Werten zwischen 0 und 11 oder Salzkonzentrationen von bis zu 35 % zu widerstehen.

Der Fokus unserer Forschung liegt dabei auf der Untersuchung der Eigenschaften, die Leben unter diesen Bedingungen ermöglichen, sowie auf der Anwendung dieser Organismen in umweltfreundlichen Prozessen der Industriellen Biotechnologie. In interdisziplinärer Zusammenarbeit entwickeln derzeit ca. 25 Forscher des Instituts neue Prozesse beginnend beim Hochdurchsatz-Screening bis zur Fermentation im 300 L-Maßstab.

 

Biotransformation / Hochdurchsatz-Screening

HT-Systeme werden für die Identifizierung von Biotransformationsreaktionen unter extremen Bedingungen eingesetzt. Die Modifikation bzw. der Abbau verschiedener Substrate kann unter diversen Bedingungen, die in industriellen Prozessen vorliegen, getestet werden. Moderne "Genetic Engineering"-Techniken der Synthetischen Biologie, wie z. B. der Einbau nicht-kanonischer Aminosäuren oder gerichtete Evolution, werden für die Herstellung verbesserter robuster Enzyme genutzt.

Rekombinante Enzymproduktion / Fermentation

Molekularbiologische Methoden werden zur Produktion rekombinanter Proteine verwendet, insbesondere zur Produktion von Extremozymen mit verbesserter katalytischer Leistung für den Einsatz in diversen biotechnologischen Prozessen. Für die Produktion neuer Enzyme werden mikrobielle Wirtsorganismen, wie Escherichia coliBacillus sp., Pichia sp. und Thermus sp. genutzt. Des Weiteren werden Hochdurchsatz-Fusionstechniken und die Erzeugung posttranslational fusionierter multifunktioneller Enzyme entwickelt.

 

Bioinformatik

Genome, Metagenome und (Meta-)Transkriptome werden mittels Next-Generation-Sequencing (NGS) sequenziert und anschließend mittels computergestützter Arbeitsprozesse assembliert und annotiert. Im Bereich der Genomics werden dabei de novo und reference assembly durchgeführt. Annotierte Datensätze werden hinsichtlich Industrie-relevanter Enzyme durchmustert und anschließend biochemisch charakterisiert. In Umweltproben wird darüber hinaus die vorherrschende Diversität in Abhängigkeit der entsprechenden Umweltbedingungen bestiimmt, wodurch komplexe biologische Systeme entschlüsselt werden.

Biodiversität

Die natürliche Diversität mikrobieller Gemeinschaften ist eine wertvolle Ressource für die Biotechnologie. Mit Hilfe kultivierungsabhängiger Methoden sowie kultivierungsunabhängiger Metagenom-Ansätze ist es möglich, den potentiellen Reichtum der biologischen Quellen auszuschöpfen. Das Verständnis der Beziehung zwischen Struktur und Funktion mikrobieller Gemeinschaften ermöglicht die rationale Optimierung biotechnologischer Prozesse unter Verwendung von Mischkulturen. Kultivierungsunabhängige Ansätze dienen der Aufklärung der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften und der Überwachung von Veränderungen im Hinblick auf Variationen der Prozessparameter.

Biomasse-abbauende Enzyme / Bioraffinerie

Die Identifizierung neuer Enzyme für die effiziente Hydrolyse von Biomasse für die Generierung wertvoller Produkte in biotechnologischen Anwendungen ist eine ständige Herausforderung. Die Endlichkeit fossiler Energieträger und der Klimawandel erfordern grundlegende strukturelle Veränderungen von erdölbasierten zu biobasierten industriellen Produktionsprozessen. Für den Einsatz in diversen biotechnologischen Prozessen wird nach Enzymen mit verbesserter katalytischer Leistung gescreent. Extremophile Mikroorganismen bergen enormes Potential für die Entdeckung neuer extrem stabiler und extrem aktiver Biokatalysatoren. Mit Hilfe der Metagenomik kann die genetische Ausstattung von bisher unbekannten Organismen, die in den extremsten Standorten zu finden sind, genutzt werden. Rekombinante Extremozyme werden für eine mögliche Anwendung in industriellen Prozessen produziert und getestet. Durch Nutzung ihrer Eigenschaften können neue innovative und nachhaltige Konzepte entwickelt werden.

 

 

Doktorarbeiten

Die Promotionsthemen im Fach Mikrobiologie konzentrieren sich auf aktuelle Entwicklungen im Bereich der mikrobiellen Ökologie, Physiologie und Enzymatik, insbesondere der Extremophilen. In der Doktorarbeit werden moderne Technologien, wie Genomics, Metagenomics, Molekularbiologie und DNA Chip Technologie und High-throughput Screening angewandt. Die Promotionsdauer beträgt ungefähr 3 Jahre. Die Doktorarbeit kann in englischer Sprache angefertigt werden.

Abgeschlossene Dissertationsprojekte