Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

BioHARZ - Biotechnologische Harzsäureproduktion

Anschrift
Phytowelt Greentechnologies GmbH - R&D Facility
50829 Köln
Stöckheimer Weg 1
Kontakt
Dr. Guido Jach
Tel: +49 221 987473-204
E-Mail: g.jach@phytowelt.com
FKZ
22018412
Anfang
01.06.2013
Ende
31.05.2016
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projekts ist der Aufbau und die Evaluierung eines biotechnologischen Produktionsverfahrens zur fermentativen Synthese von Harzsäuren. Identifizierung, rekombinante Expression und Evaluierung geeigneter Enzyme zur Synthese von Harzsäuren bzw. entsprechender Ester aus GGPP. Relevante Enzymklassen sind Diterpen-Synthasen, spezifische Cytochrom-P450-Monooxygenasen, sowie Esterasen (Lipasen). Erfolgreich getestete Einzelenzyme der verschiedenen Klassen werden dann zur Implementierung und Testung eines synthetischen Stoffwechselwegs verwendet. Bei erfolgreichem Nachweis der Produktbildung erfolgt im Anschluss die Ausbeuteoptimierung des Verfahrens über geeignete Stammentwicklung (i.a. Feinabstimmung der Enzymaktivitäten, Einsatz von Helferproteinen). Weitere Arbeiten widmen sich der Evaluierung von Möglichkeiten zur gezielten Herstellung neuartiger Produktqualitäten über die Koexpression weiteren Enzyme. Die gezielten Erzeugung von Harzsäuregemischen definierter Zusammensetzung und insbesondere auch die bio-katalytischen Herstellung von Harzsäure-Estern steht hier im Fokus.
Ergebnisdarstellung
Im Projekt ist ein neuartiges Verfahren erstellt worden, mit dem erstmals einzelne Harzsäuren wie Abietinsäure, Pimarsäure und Levopimarsäure in biotechnologischen Verfahren auf Basis von Zucker beispielsweise aus Zuckerrüben oder geeigneten zuckerhaltigen Restströmen wie bspw. Melasse oder über die Verzuckerung von Lignocellulose erzeugt werden können. Die im Projektverlauf erzielten Ergebnisse sind im Schlussbericht eingehend dargestellt. Es wurden folgende wesentliche Ergebnisse erzielt: Für die biokatalytische/fermentative Produktion von Harzsäuren auf Basis von Zucker beispielsweise aus Zuckerrüben oder geeigneten zuckerhaltigen Restströmen wie bspw. Melasse oder über die Verzuckerung von Lignocellulose als Ausgangsmaterial sind geeignete Enzyme (Diterpen-Synthasen und spezifische Cytochrom-P450-Monooxygenasen) und deren Gene identifiziert und kloniert worden. Die erfolgreiche funktionale Charakterisierung der verschiedenen Zielenzyme lieferte eine Auswahl bestgeeigneter Kandidatenenzyme. Die funktionale Implementierung der gesamten benötigten Enzymkaskade in den gewählten Produktionsorganismus E.coli war erfolgreich. Mit Hilfe der ersten Prototypproduktionsstämme konnte der analytische Nachweis der fermentativen Harzsäureproduktion (proof-of-concept) erbracht werden. Erste Arbeiten zur Stammentwicklung/Optimierung der Produktion (Ausbeute) wurden durchgeführt und zeigen das vorhandene Optimierungspotential auf. Die erzeugten Prototypen liefern die notwendige wissenschaftlich-technische Basis für das anstehende (zukünftige) Up-Scaling und die Prozessentwicklung.

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