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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-08-01 - 2020-01-31

Das Enzym Cellobiosedehydrogenase ist ein von Pilzen produziertes Enzym, das als Kofaktoren Flavin und Häm enthält. Die katalytisch aktive Dehydrogenasedomäne katalysiert die Oxidation von Zellobiose zu Zellobionsäure sowie Laktose zu Laktobionsäure. Dehydrogenasen präferieren als Elektronenakzeptoren redoxaktive Moleküle. Die Übertragung der Elektronen auf Sauerstoff ist sehr langsam. Eine Cellobioseoxidase könnte Laktobionsäure mit Sauerstoff als Regenerationssystem herstellen wodurch giftige Redoxmediatoren vermieden werden. Laktobionsäure hat ein breitgefächertes Anwendungsspektrum und wird in der Kosmetikindustrie, der Lebensmittelindustrie und in der Biomedizin verwendet. Durch die Generierung einer Cellobiosedehydrogenase Variante aus Myriococcum thermophilum konnte die Sauerstoffreaktivität erhöht werden. Die Aktivität des Enzyms in neutralem pH-Wert konnte durch dabei auch soweit verändert werden, dass das Enzym bei neutralen Bedingungen das Aktivitäts-Optimum erreicht. Das Ziel der Projektes ist die weitere Verbesserung des Enzyms für industrielle Anwendungen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-08-01 - 2021-07-31

Die moderne medizinische Diagnostik entwickelt sich hin zu kontinuierlichen Messmethoden, die in Echtzeit Daten liefern. Beispiel dafür sind Biosensoren, die in die Haut implantiert werden und dort den Blutzuckerspiegel messen. Mit sehr stabilen Enzymen für die Signalerfassung könnte die Nutzungsdauer von Tagen auf Monate oder Jahre ausgedehnt werden. Cellobiose dehydrogenase (CDH) ist ein Redoxenzym, das durch seine strukturelle Besonderheit einen direkten Elektronentransfer auf Elektroden eines Biosensors ermöglicht. Solche Flavocytochrome zeichnen sich durch hohe physikalische Stabilität aus. Der grundlegende Deaktivierungsmechanismus von CDH unter Arbeitsbedingungen ist weitgehend unerforscht. Gezeigt wurde bereits, dass die Deaktivierungsraten unter verschiedenen Arbeitsbedingungen unterschiedlich sind und auf eine Vielzahl von Effekten hinweisen. Für Glukoseoxidase, eines der meistgenutzten Flavinoxidasen in Blutzuckerbiosensoren, wurde unter anderem eine Deaktivierung durch das Reaktionsprodukt Wasserstoffperoxid festgestellt. Die Stabilität konnte durch Protein-Engineering erhöht werden. Eine Deaktivierung durch Wasserstoffperoxid wird auch in CDH vermutet. Im Gegensatz zur Glukoseoxidase besteht CDH aus einer weiteren Domäne, die ein Häm als Kofaktor gebunden hat. Hämproteine sind besonders anfällig für eine Deaktivierung durch oxidativen Stress. Durch Protein Engineering konnte bereits die Stabilität von cytochrome P450, Hämoglobin und Mangan-Peroxidasen erhöht werden. Im Rahmen von STARELIS soll der Deaktivierungsmechanismus von CDH aufgeklärt werden und als Grundlage für die Entwicklung von stabilen Enzymen für langzeit-implantierbare Biosensoren dienen. Durch eine Kombination von verschiedenen biochemischen Analysemethoden wie UV-Vis Spektroskopie, Circulardichroismus, Massenspektrometrie und Enzymkinetik mit Analysemethoden auf molekularer Ebene wie Enzymmutagenese und Proteinmodellen soll der Einfluss von verschiedenen Arbeitsbedingungen und oxidativem Stress auf CDH untersucht werden. In der Folge sollen Gerichtete Evolutions- und Rationales Design- Ansätze zur Verbesserung der Langzeitstabilität von CDH eingesetzt werden.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-06-01 - 2020-05-31

Ziel des Projektes ist die Analyse, Kontrolle und Verbesserung der Hygienesituation in der Produktionsumgebung unter besonderer Berücksichtigung der Produktions-, Lüftungs- und Gebäudetechnik. Hierzu zählen neben der Umsetzung auf der anlagenbaulich-technischen Seite ebenfalls Studien in lebensmittelverarbeitenden Unternehmen zur Anwendung und Optimierung von Reinigungs- und Dekontaminationskonzepten in Verbindung mit der Etablierung von innovativen, robusten und schnellen Keimnachweis- und Trackingverfahren. Ausgehend von einer Hygieneevaluierung (Übersicht über Luftkeimzahlen, Abklatschtests, Biofilm-Charakterisierung) und der gebäudetechnischen Beschreibung der Produktionsumgebung (z.B. Klima, Lüftung, Strömung, Leistungsdaten und Durchsätze) erfolgt die Ermittlung von Verbreitungswegen von Keimen mittels Luft- und Strömungssimulation sowie Mikrobiomtracking. Daraus werden effiziente Dekontaminationsstrategien abgeleitet. Dies umfasst die Optimierung und Weiterentwicklung von Maßnahmen der Reinigung und Desinfektion, der Nutzung antimikrobieller Oberflächen sowie der Anwendung lufttechnischer Schutzkonzepte (Reinraum) und der strömungsgerechten Gestaltung verfahrenstechnischer Anlagen und Prozesse. Parallel erfolgt die Entwicklung von verbesserten Schnellmethoden zum Keimnachweis um einerseits bei der Verfolgung von Kontaminationen aber auch bei der Überprüfung des Erfolgs von Vermeidungs- und Dekontaminationsmaßnahmen entsprechende Analytiktools einsetzen zu können. Aus den gewonnenen Ergebnissen werden schließlich Empfehlungen als Basis zur Erstellung von Leitlinien für die Branche abgeleitet. Die Projektziele umfassen eine Steigerung der Produktionseffizienz durch innovative Nachverfolgung von Keimausbreitungswegen mittels neuer Verfahren, verkürzte Standzeiten für Reinigung und Desinfektion, die Steigerung der Produktsicherheit sowie den know-how Aufbau und die Kompetenzentwicklung im Bereich der Produktions- und Gebäudetechnik für Lebensmittelverarbeiter und Anlagenbauer.

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