Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliche Biofilme für ressourcenschonende Biotechnologie

09.02.2016

Im neuen bayerischen Projektverbund BayBiotech kooperieren Bioprozesstechnik und Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth, um ein innovatives Konzept für künstliche Biofilme zu entwickeln. Deren Potenziale sollen in unterschiedlichen Bereichen der Industrie systematisch genutzt werden können – zum Beispiel in der Energietechnik, der Umwelttechnik oder der Pharmazie.

Welche Chancen bietet die Biotechnologie für eine innovative, in wirtschaftlicher Hinsicht effiziente und zugleich umweltfreundliche Nutzung von Rohstoffen? Um diese Frage geht es in dem neuen Projektverbund Ressourcenschonende Biotechnologie (BayBiotech), der vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz mit insgesamt rund zwei Mio. Euro gefördert wird.


Dreidimensionale Aufnahme einer Mikrofaser mit Shewanella oneidensis-Bakterien. Grün: lebende Bakterien, rot: tote Bakterien.

Bild: Patrick Kaiser; mit Autorangabe zur Veröffentlichung frei.

An der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), die den Verbund koordiniert, fand am 3. Februar 2016 die Auftaktveranstaltung statt. Dabei stellten sich sechs anwendungsorientierte Forschungsprojekte vor, die künftig an BayBiotech mitwirken. Dazu zählt auch ein Vorhaben der Universität Bayreuth zum Thema „Biofilme für die Prozessintensivierung“, in dem Forschungsteams aus der Bioprozesstechnik und der Makromolekularen Chemie unter der Leitung von Prof. Dr. Ruth Freitag und Prof. Dr. Andreas Greiner kooperieren.

Von der Natur zur industriellen Nutzung

Das Projekt zielt darauf ab, ein neues Konzept für künstliche Biofilme zu entwickeln und im Industriemaßstab umzusetzen. In der Natur gibt es vielfältige Beispiele für Biofilme. Sie entstehen überall dort, wo sich Bakterien, Pilze oder Algen an feuchte Oberflächen anheften und sich hier aufgrund günstiger Lebensbedingungen vermehren, wie etwa an Brückenpfeilern, Rohrleitungen oder Schiffsturbinen.

In manchen Bereichen der Industrie werden bereits heute großflächige Biofilme eingesetzt. Biofilme kommen insbesondere bei der Abwasserbehandlung, in Bio-Filtern für die Luftreinhaltung, in Biogasanlagen oder auch bei der Produktion von Essigsäure zum Einsatz, die für die Lebensmittel- und für die Kunststoffindustrie ein unentbehrlicher Rohstoff ist.

In diesen Fällen arbeitet man mit natürlichen Biofilmen, die meist mehrere Arten von Mikroorganismen enthalten. Für viele weitere Anwendungen in der industriellen Biotechnologie gibt es jedoch keine geeigneten natürlichen Biofilme, oder sie sind aus hygienischen Gründen nicht erwünscht. Hier setzt das neue Bayreuther Konzept der „Biokomposite“ an: Dies sind Biofilme, bei denen die Mikroorganismen nicht nur gezielt ausgewählt, sondern auch in ein maßgeschneidertes Substrat aus Polymeren eingebettet werden.

Vielfältige Anwendungspotenziale maßgeschneiderter Biofilme

Die an BayBiotech beteiligten Forscher an der Universität Bayreuth sind überzeugt, dass das Potenzial derartiger künstlicher Biofilme groß ist. Dies gilt vor allem für „Single Species“-Biofilme, die ausschließlich eine einzige Art von Mikroorganismen enthalten, so dass sich deren Stoffwechselfunktionen gezielt steuern und kontrollieren lassen.

„Für einen sparsamen Umgang mit Rohstoffen wird es immer wichtiger, dass die in Abfällen enthaltenen Wertstoffe erneut genutzt werden“, erklärt Prof. Freitag, Inhaberin der Lehrstuhls für Bioprozesstechnik. „Dies gilt für Abfälle aus der Industrie und der Landwirtschaft ebenso wie für den Müll von Privathaushalten. Phosphat, Schwefel und Metalle sind Rohstoffe, die viel zu wertvoll sind, um verbrannt zu werden. Mithilfe spezieller Mikroorganismen können sie isoliert und zurückgewonnen werden.“

Ein weiteres zukunftsweisendes Anwendungsgebiet ist die Energietechnik. So können Mikroorganismen in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden. Als Katalysatoren können sie hier Elektronen freisetzen, die – wenn sie direkt auf die Anode der Brennstoffzelle geleitet werden – einen Stromkreislauf in Gang setzen. Nicht zuletzt sind Biofilme auch für die Chemieindustrie zunehmend interessant, beispielsweise wenn es um strukturspezifische Synthesen, natürliche Schädlingsbekämpfung und -schadstoffabreicherung oder die Förderung des Pflanzenwachstums geht.

Bis heute fehlt der Industrie jedoch ein universell einsetzbares Konzept für die Produktion von „Single Species“-Biofilmen, die passgenau auf bestimmte biotechnologische Funktionen hin zugeschnitten sind. Das Bayreuther Forschungsprojekt unter dem Dach von BayBiotech will in den nächsten Jahren wichtige Eckpunkte eines solchen Konzepts erarbeiten. Auf diese Weise sollen industrielle biotechnologische Prozesse intensiviert und die Potenziale von Biofilmen in unterschiedlichen Branchen systematisch genutzt werden können.

Biokomposite – eine vielversprechende Materialklasse für die Biotechnologie

Von zentraler Bedeutung für dieses Vorhaben ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Bioprozesstechnik und Makromolekularer Chemie auf dem Bayreuther Campus. Unter der Leitung von Prof. Greiner, der an der Universität Bayreuth einen Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie innehat, sollen neue Biokomposite entwickelt werden. Hierbei handelt es sich um eine neuartige Materialklasse, bei der Bakterien oder andere Mikroorganismen gezielt in einer Polymer-Matrix platziert werden. Diese Verbundmaterialien haben, wenn sie als Biofilme eingesetzt werden, zahlreiche Vorteile. Die Mikroorganismen sind innerhalb der Matrix an ausgewählten Punkten fixiert und können sich nicht frei bewegen, so dass sich das Zusammenspiel ihrer Stoffwechselprozesse und somit auch die Funktionen der Materialien präzise kontrollieren lassen.

„Wir verfügen an der Universität Bayreuth über modernste Technologien, die für das Design und die Produktion von Biokompositen im Labor erforderlich sind“, erklärt Prof. Greiner. „So haben wir zum Beispiel Anlagen für das Elektro- und das Nass-Spinnen, mit denen sich feinstrukturierte Vliese und Gewebe aus Polymeren herstellen lassen. Dies sind Trägermaterialien, deren hochinteressante Eigenschaften auf dem Gebiet der Biofilme bisher noch viel zu wenig genutzt worden sind.“

BayBiotech – ein Beitrag zum „Mega-Projekt Rohstoffwende Bayern“

Anlässlich der Auftaktveranstaltung in Erlangen betonte die Bayerische Umweltministerin Ulrike Scharf die Bedeutung des neuen Projektverbunds für einen schonenden Umgang mit Ressourcen: "Es ist für die Zukunft unseres Landes von enormer Bedeutung, dass wir mit unseren endlichen Ressourcen sparsam und intelligent umgehen. Deshalb brauchen wir die Rohstoffwende – aus ökonomischen und ökologischen Gründen. Mit dem neuen Projektverbund erschließen wir innovative Möglichkeiten der Biotechnologie, um Ressourcen zu schonen. BayBiotech ist neben dem Projektverbund ForCycle ein weiterer starker Baustein im Handlungsfeld Forschung und Entwicklung unseres Mega-Projekts Rohstoffwende Bayern."

Kontakte:

Prof. Dr. Ruth Freitag
Lehrstuhl für Bioprozesstechnik
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Universität Bayreuth
95447 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-7371
E-Mail: ruth.freitag@uni-bayreuth.de

Prof. Dr. Andreas Greiner
Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie II
Universität Bayreuth
D-95448 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 55 3399
E-Mail: andreas.greiner@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Therapieansatz fördert die Reparatur von Blutgefässen nach einem Hirnschlag
25.06.2019 | Universität Zürich

nachricht In der thermischen Molekül-Falle Neue Ansätze zur Erforschung der molekularen Ursachen der Amyloid-Bildung
25.06.2019 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einzelne Atome im Visier

Mit der NMR-Spektroskopie ist es in den letzten Jahrzehnten möglich geworden, die räumliche Struktur von chemischen und biochemischen Moleküle zu erfassen. ETH-Forschende haben nun einen Weg gefunden, wie man dieses Messprinzip auf einzelne Atome anwenden kann.

Die Kernspinresonanz-Spektroskopie – kurz NMR-Spektroskopie – ist eine der wichtigsten physikalisch-chemischen Untersuchungsmethoden. Damit lässt sich...

Im Focus: Partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Wie im letzten Jahr findet auch 2019 eine in den späten Abendstunden in einer lauen Sommernacht gut zu beobachtende Mondfinsternis statt, und zwar in der Nacht vom 16. auf den 17. Juli. Die Finsternis ist zwar nur partiell - der Mond tritt also nicht vollständig in den Erdschatten ein - es ist aber für die nächsten Jahre die einzige gut sichtbare Mondfinsternis im deutschen Sprachraum.

Am Dienstagabend, den 16. Juli, wird ein kosmisches Schauspiel zu sehen sein: Der Vollmond taucht zu einem großen Teil in den Schatten der Erde ein, es findet...

Im Focus: Fraunhofer IDMT zeigt akustische Qualitätskontrolle auf der Fachmesse für Messtechnik »Sensor + Test 2019«

Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT präsentiert vom 25. bis 27. Juni 2019 am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Stand 5-248) seine neue Lösung zur berührungslosen, akustischen Qualitätskontrolle von Werkstücken und Bauteilen. Da die Prüfung zerstörungsfrei funktioniert, kann teurer Prüfschrott vermieden werden. Das Prüfverfahren wird derzeit gemeinsam mit verschiedenen Industriepartnern im praktischen Einsatz erfolgreich getestet und hat das Technology Readiness Level (TRL) 6 erreicht.

Maschinenausfälle, Fertigungsfehler und teuren Prüfschrott reduzieren

Im Focus: Fraunhofer IDMT demonstrates its method for acoustic quality inspection at »Sensor+Test 2019« in Nürnberg

From June 25th to 27th 2019, the Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Ilmenau (Germany) will be presenting a new solution for acoustic quality inspection allowing contact-free, non-destructive testing of manufactured parts and components. The method which has reached Technology Readiness Level 6 already, is currently being successfully tested in practical use together with a number of industrial partners.

Reducing machine downtime, manufacturing defects, and excessive scrap

Im Focus: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

17. Internationale Conference on Carbon Dioxide Utilization in Aachen

25.06.2019 | Veranstaltungen

Meeresleuchten, Klimawandel, Küstenmeere Afrikas – Spannende Vielfalt bei „Warnemünder Abenden 2019“

24.06.2019 | Veranstaltungen

Plastik: Mehr Kreislauf gegen die Krise gefordert

21.06.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Einzelne Atome im Visier

25.06.2019 | Physik Astronomie

Clever Chillen mit weniger Kältemittel: Neue Blue e Chiller von 11 bis 25 kW

25.06.2019 | Energie und Elektrotechnik

Neuer Therapieansatz fördert die Reparatur von Blutgefässen nach einem Hirnschlag

25.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics