SEED FUND 2.0: Erste Projekte abgeschlossen

2018 und 2019 gab es SEED FUND Calls im Rahmen von Phase 2 des NRW-Strategieprojekts BioSC. Die OPEN Call waren themenoffen, die LINK Calls waren zu Themen ausgeschrieben, die sich auf die FocusLabs beziehen. Insgesamt wurden 10 Projekte ausgewählt. Die ersten drei SEED FUND 2.0 OPEN-Projekte wurden Ende 2019 nach einjähriger Laufzeit abgeschlossen.

Lignozellulose dient als wichtiger Rohstoff für nachhaltige Prozesse in einer kommerziell kompetitiven Bioökonomie. Da dieses Material nur unter sehr harschen Bedingungen zu Zuckern aufgeschlossen werden kann, wurde die OrganoCat-Technologie entwickelt und an verschiedenen Pflanzenarten getestet. Bis jetzt wurden stets gesunde Pflanzen untersucht, jedoch ist es wichtig zu verstehen, wie sich die regelmäßig auftretenden Infektionen auf diesen Prozess auswirken.

Deshalb war das Ziel des Projektes iBiomass, die Auswirkung von Brandpilzinfektionen auf die Lignozellulosezusammensetzung von Mais und dessen Aufschluss im OrganoCat-Prozess zu untersuchen. Brandpilze wurden als Beispiel ausgewählt, da regelmäßig Infektionen in Deutschland auftreten, die sich noch nicht nachteilig auf den Ertrag auswirken, jedoch Anpassungen z.B. in der Silage erfordern. Während der Infektion von Keimlingen konnten Veränderungen in der Zusammensetzung der Lignozellulose in der Tumormasse festgestellt werden, die sich jedoch nicht deutlich auf den Aufschluss im OrganoCat-Verfahren auswirkten. Der Prozess scheint also gegen diese Variationen robust zu sein. Zukünftig sollte infiziertes Material vom Feld untersucht werden, um zu bestätigen, dass auch in späteren Wachstumsstadien unter Feldbedingungen der OrganoCat-Prozess stabil gegenüber Änderungen im Ausgangsmaterial ist.

Alkane und Alkene gehören zu den wichtigsten Klassen von Kohlenwasserstoffen für die Herstellung von Biokraftstoffen und Kunststoffen der nächsten Generation. 2017 wurde in den Algen Chlorella variabilis und Chlamydomonas reinhardtii eine neue Klasse Alkan/Alken-synthetisierender Photoenzyme entdeckt (fatty acid photodecarboxylases; FAPs). Wichtige biotechnologisch relevante Eigenschaften der FAPs wie z.B. Substratspektrum, Stabilität, Aktivität und Immobilisierungspotenzial wurden bisher jedoch nicht charakterisiert. Außerdem ist ihre phylogenetische Verteilung und damit das Vorhandensein alternativer FAPs mit potenziell überlegenen Eigenschaften größtenteils unerforscht. Das Projekt HySyn zielte darauf ab, diese Lücke zu füllen.

Die Expression, Reinigung und Immobilisierung einer bekannten FAP aus Chlorella variabilis und einer neuartigen FAP aus Cocomyxa subellipsoidea wurden optimiert. Die DNA-Sequenz, die für das letztgenannte Enzym kodiert, wurde durch Genom-Mining identifiziert. Phylogenetische Studien zeigten neben zahlreichen mikroalgenspezifischen FAPs eine Fülle verwandter Sequenzen (annotiert als Cholin-Dehydrogenasen) in Mikroben. Darüber hinaus wurde Biomasse für die DNA-Extraktion aus zwei verschiedenen Mikroalgenstämmen hergestellt (Scenedesmus sp. und Chlorella sp.), die möglicherweise überlegene FAP-Enzyme beherbergen könnten. Die Ergebnisse des Projekts tragen dazu bei, die Entdeckung und Charakterisierung neuartiger FAPs zu beschleunigen und den Weg zur Anwendung dieser wichtigen neuen Enzymfamilie für eine nachhaltige Kohlenwasserstoffproduktion zu ebnen.

Die Rückgewinnung von Nährstoffen ist zu einem entscheidenden Faktor für die effektive Ressourcennutzung in der modernen Landwirtschaft geworden. Der essentielle Pflanzennährstoff Phosphor (P) ist eine endliche Ressource, die fast ausschließlich durch den Abbau von Phosphatgestein außerhalb Europas gewonnen wird, was eine starke Abhängigkeit der europäischen Landwirtschaft schafft. Darüber hinaus gelangen erhebliche Mengen an Phosphat in Gewässer oder reichern sich als feste anorganische P-Formen bzw. als für Pflanzen und Tiere unverdauliche Form (Phytat) im Boden an, was zu erheblichen Umweltbelastungen führt.

Ziel des Projekts QuantiP war es, durch die Entwicklung einer neuen P-Quantifizierungs-Plattform die Entwicklung von Konzepten für eine effiziente P-Rückgewinnung zu unterstützen, konkret für die P-Rückgewinnung aus Abwässern mit Algen und aus landwirtschaftlichen Resten wie Rapspresskuchen mit speziellen Enzymen (Phytasen). Algen wurden unter verschiedenen P-Versorgungsbedingungen angezogen. Rapspresskuchen wurden mit einer optimierten Phytase behandelt. In allen Probenmaterialien konnten mit 31P-NMR-Untersuchungen erfolgreich die verschiedenen P-Speichermoleküle (Inositole, Phosphate und Polyphosphate) identifiziert und quantifiziert werden. Damit konnten die P-Aufnahme und die Akkumulierung von Polyphosphat in Algen sowie der P-Gesamtgehalt in enzymatisch behandeltem Rapspresskuchen charakterisiert werden.