SEED FUND 2.0: Neue Projekte

Im Rahmen von Phase 2 des NRW-Strategieprojekts BioSC gab es 2019 zwei SEED FUND Calls. Der OPEN Call war themenoffen, der LINK Call war zu Themen ausgeschrieben, die sich auf die FocusLabs beziehen. Insgesamt fünf Projekte wurden ausgewählt und sind im September 2019 gestartet.

Die nachhaltige Synthese von industriell relevanten Glykosiden wie Tenside (Alkylglykoside) für Formulierungen von Waschmitteln und Kosmetika oder Bausteine (Acrylat-Glykoside) für die Synthese von Polymeren mit Antifouling-Eigenschaften und Duft- und Aromamoleküle in Kosmetika und Nahrungsmitteln (Aryl-Glykoside) ist noch nicht sehr weit entwickelt. Glykosidasen stellen als Biokatalysatoren gegenüber gegenwärtig angewendeten chemischen Katalysatoren eine Alternative für die Synthese von Glykosiden mit erwarteter signifikanter Reduktion des Abfalls dar. Besonders hyperthermophile Glykosidasen werden als bevorzugte Enzyme in Bezug auf Prozessparameter wie höhere Löslichkeit der Substrate bei höheren Temperaturen angesehen. Im Projekt GlycoHype werden Expertisen aus den Forschungsfeldern Biotransformation, Bioverfahrenstechnik und Strukturbiologie kombiniert, um die Bandbreite dieses Enzyms für die Synthese von industriell relevanten Glykosiden zu erweitern.

Laufzeit: 11 Monate

Peptid-Haftvermittler (Ankerpeptide, APs), die eine maßgeschneiderte und regenfeste Anbindung von Wirkstoffcontainern oder antimikrobiellen Peptiden/Enzymen an die Pflanzenoberfläche ermöglichen, sind von hohem Interesse für die Entwicklung neuer Pflanzenschutz- und Pflanzenstärkungsmittel für eine ressourceneffiziente und nachhaltige Agrarproduktion. Um das rationale Design maßgeschneiderter Peptid-Haftvermittler für die Anwendungsanforderungen zu ermöglichen, müssen grundsätzlich zwei Aspekte untersucht werden: (1) Identifizierung eines detailliertes Anforderungsprofil aus Anwendersicht (Landwirt) und (2) Verständnis der oberflächengebundenen Ankerpeptid-Strukturen und deren Bindemechanismen. Mit diesen Informationen können neue Formulierungen entwickelt und neue Anwendungsfelder identifiziert werden (z.B. Saatgutbeschichtung, Wurzelbindung oder Mikroplastikmanagement). Mit den anvisierten Ergebnissen wird das PepUse-Team die Translationsforschung vorantreiben, um in Folgeprojekten mit Partnern der Agrarindustrie Pflanzenschutzmittel basierend auf bifunktionalen Peptiden  zu entwickeln.

Laufzeit: 12 Monate

Für die Entwicklung wirtschaftlich tragfähiger Bioraffineriekonzepte werden Wertschöpfungsstrategien für alle drei Hauptkomponenten von Lignocellulose - Lignin, Cellulose und Hemicellulose - benötigt. Während für Cellulose und nicht-cellulosische Polysaccharide verschiedene Methoden zu deren Wertsteigerung beschrieben wurden, stellt die Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte nach wie vor eine entscheidende Herausforderung dar. Zur Umsetzung von Lignin durch Mikroorganismen in hochwertige Bioprodukte muss dieses zuerst in lösliche Mono- und Oligolignole depolymerisiert werden. Der Abbau von Lignin stellt jedoch aufgrund seiner komplexen Struktur eine große Herausforderung dar. Im Projekt Lignin2Value werden OrganoCat-Ligninfraktionen aus landwirtschaftlichen Abfällen mit einer Reihe von natürlich vorkommenden ligninabbauenden Enzymen aus Bakterien und Pilzen behandelt. Dadurch werden Monomere erzeugt, die zunächst als Kohlenstoffquelle für das Wachstum von Corynebacterium glutamicum und anschließend zur Produktion von Succinat genutzt werden sollen.

Laufzeit: 12 Monate

Halogenierte Reste in organischen Molekülen treten häufig in Pharmazeutika und agrochemischen Produkten auf, da die Halogeninsertion die Eigenschaften der Verbindungen, einschließlich ihrer Bioaktivität, verbessern kann. Herkömmliche synthetische Halogenierungsverfahren sind jedoch aufgrund fehlender Spezifität und Regioselektivität kompliziert und / oder erfordern toxische und umweltschädliche Halogenquellen. Daher sind Verfahren zum einfachen, selektiven und umweltfreundlichen Einbringen von Halogensubstituenten erforderlich. Das Projekt HaloEnz zielt darauf ab, neuartige Halogenaseenzyme aus dem Sekundärstoffwechsel von Algen zu identifizieren, zu charakterisieren und zu nutzen. Hierbei werden eine neue Strategie zur Nutzung natürlicher Ressourcen in Bezug auf halogenierende Enzyme eingeführt sowie neue Synthesemethoden für die Bildung von neuen Verbindungen mit erweiterten Funktionen.

Laufzeit: 24 Monate

Durch die integrierte Nutzung nachhaltiger Ressourcen und Prozesse hat die Bioökonomie das Potenzial, die Belastung der Umwelt stark zu verringern. In diesem Kontext ist die Bewertung der Toxizität neuartiger Verbindungen von großer Bedeutung. (Öko-)Toxikologische Testverfahren können in die Entwicklung neuer Substanzen integriert werden und ermöglichen somit eine frühzeitige Identifizierung potenziell schädlicher Wirkungen. Dadurch kann die Produktentwicklung bereits sehr früh auf möglichst unbedenkliche Verbindungen und Synthesewege fokussiert werden. In diesem Projekt soll erstmalig eine substanzspezifische und expositionsbasierte Teststrategie für zwei verschiedene Produktklassen im Rahmen des BioSC entwickelt werden. Untersucht werden Biotenside sowie Mikrogelcontainer und deren Ankerpeptide, die zum nachhaltigen Ausbringen von Pestiziden verwendet werden. Die im Rahmen dieser Untersuchungen gewonnene Erkenntnisse können für weiterführende sozioökonomischen Studien und ein umfassendes Life Cycle Assessment herangezogen werden.

Laufzeit: 24 Monate