Im Projekt LipoBiocat („Robuste und selektive lipolytische Biokatalysatoren für industrielle Anwendungen“) forschen Mikrobiologen, organische Chemiker, Strukturbiologen und Bioinformatiker an Biokatalysatoren zur Herstellung von Feinchemikalien und Polymeren. Enzyme sind solche Biokatalysatoren, die zahlreiche Reaktionen beschleunigen oder erst ermöglichen. In der Natur arbeiten sie allerdings in lebenden Zellen und damit bei vergleichsweise milden Reaktionsbedingungen, während in industriellen Prozessen harschere Bedingungen vorherrschen. LipoBiocat will natürliche Enzyme identifizieren, die sowohl für die Herstellung wie für den Abbau von Kunststoffen einsetzbar sind, möglichst auch unter Prozessbedingungen der chemischen Industrie. Die beteiligten HHU-Forscherinnen und -Forscher entwickeln zudem einen computerbasierten Ansatz, um solche neuen Enzyme schnell und effizient auffinden zu können.
Das Projekt „Meeresplastik-assoziierte Organismen und Enzyme als Grundlage für neue Reinigungskonzepte“ (PlastiSea) wird vom GEOMAR-Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel koordiniert und bringt Expertise aus der marinen Mikrobiologie, Metagenomik und dem Protein-Engineering zusammen. Auch hier spielen Enzyme sowie Mikroorganismen, die synthetische Polymere abbauen können, eine zentrale Rolle. Gesucht wird nach plastikfressenden Bakterien in Proben aus dem Nordatlantischen Müllstrudel und in Biofilmen, die über Jahre auf Plastikfolien in der Nordsee gewachsen sind. Die Projektpartner suchen die geeignetsten Mikroorganismen und Enzyme für den Plastikabbau und entwickeln mit ihnen Strategien für die Entfernung von Mikroplastik, die in einer Machbarkeitsstudie getestet werden sollen.
Robuste bakterielle Zellfabriken für die biotechnologische Naturstoffproduktion und Ganzzellbiokatalyse stehen im Mittelpunkt des Projektes No-Stress („Die nächste Generation von Plattformorganismen mit außerordentlicher Stresstoleranz“). Die mikrobielle Herstellung von Feinchemikalien, die als Pharmazeutika oder als Bausteine für chemische Synthesen dienen können, ist ein Eckpfeiler einer nachhaltigen biobasierten Ökonomie. Für die meisten Bakterien sind die Substanzen, die erzeugt werden sollen, toxisch, doch es gibt Ausnahmen: Das No-Stress-Konsortium untersucht bislang wenig erforschte, nicht pathogene Bakterienstämme der Gattung Pseudomonas, die gegen chemische Stressfaktoren unempfindlich sind. Man will die Mechanismen identifizieren, die sie vor organischen Lösungsmitteln, reaktiven Aldehyden, antimikrobiellen Verbindungen und osmotischem Stress schützen. Bakterien, die für biotechnologische Anwendungen interessant sind, sollen dann mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse gezielt optimiert werden.
Das Projekt GlycoX („Erschließung des Glykolipid-Biosynthesewegs in Alcanivorax borkumensis“) will neuartige Biotenside auf Basis von Naturstoffen entwickeln. Tenside sind zum Beispiel ein wichtiger Bestandteil von Waschmitteln, mit ihnen werden Fette gelöst. Viele Tenside werden heute chemisch aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Biotenside werden zum Beispiel von marinen Mikroorganismen produziert, die Erdöl abbauen können. Dazu zählt das ursprünglich in der Nordsee entdeckte Bakterium Alcanivorax borkumensis, dessen Fähigkeit zur Herstellung von Biotensiden im Projekt GlycoX nutzbar gemacht werden soll. Zudem sollen Anwendungsmöglichkeiten für Biotenside im Umweltschutz, zum Beispiel zur Entfernung von Öl- und Polymerverschmutzungen, erprobt werden.
Alle Projekte wurden in verschiedenen Ausschreibungen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der nationalen Bioökonomiestrategie eingeworben. Neben den HHU-Instituten für Molekulare Enzymtechnologie (Leitung: Prof. Dr. Karl-Erich Jaeger), Pharmazeutische und Medizinische Chemie (Leitung: Prof. Dr. Holger Gohlke), Bioorganische Chemie (Leitung: Prof. Dr. Jörg Pietruszka) und dem Center for Structural Studies (Leitung: Dr. Sander Smits) arbeiten an den vier Projekten Partner aus den Universitäten Hamburg und Kiel, den Helmholtz-Zentren in Jülich. Kiel und Leipzig sowie fünf Unternehmen der Biotechnologie- und Chemieindustrie mit. Assoziiert sind außerdem Partner aus den Niederlanden und Spanien.