Fachgruppe Biosystemtechnologie
«Über Millionen von Jahren sind die Enzyme der Natur so evolviert, dass sie eine Vielzahl von Reaktionen katalysieren und eine breite Palette von Molekülen erzeugen können. Die Biosystemtechnologie nutzt dieses Potenzial, um durch deren Neukombination und Modifizierung spezifische Moleküle mittels biotechnologischer Prozesse herzustellen.»
Dr. Thomas Schwander
Leiter Fachgruppe Biosystemtechnologie
Die Natur hat in den Zellen ein beeindruckendes Netzwerk an Stoffwechselwegen entwickelt, welches das Leben selbst erst ermöglichen. Dieses verflochtene Netzwerk besteht aus unzähligen einzelnen chemischen Reaktionen, die alle gleichzeitig in einem Reaktionsgefäss – der Zelle – stattfinden. Enzyme katalysieren dabei diese Reaktionsschritte präzise und sorgen trotz der komplexen Umgebung für eine selektive Produktbildung. Zudem bietet das Prinzip dieser mehrstufigen Reaktionskaskaden eine effiziente energetische Kopplung der Einzelreaktionen, bei der auch instabile Zwischenprodukte direkt weiterverarbeitet werden.
Die Biosystemtechnologie nutzt dieses natürliche Prinzip, um gezielt angepasste Stoffwechselwege (Reaktionskaskaden) zu entwickeln, die eine nachhaltige und massgeschneiderte Lösungen für biotechnologische Prozesse bieten oder chemische Synthesen ergänzen können.
Über uns
Eine wichtige Thematik unserer Fachgruppe ist der Nutzung von Biokatalyse zur Herstellung verschiedenster chemischer Substanzen. Der Einsatz von Enzymen im Vergleich zur klassischen chemischen Synthese erlaubt es, Prozesse umweltfreundlicher zu gestalten, da mildere Bedingungen und mit geringerer Abfallproduktion anfallen. Zudem können erneuerbare Rohstoffe als Ausgangsstoffe etabliert werden. Dies ist eine grüne und zukunftsweisende Alternative zur klassischen chemischen Synthese.
Im Zuge dieses Unterfangens führen wir unter anderem Fermentationen und Reinigung von Proteinen durch, welche in biokatalytischen Reaktionen eingesetzt werden können. Zudem setzen wir unseren Fokus auf die Etablierung und Optimierung neuer Enzymkaskaden um Alternativen für bisherige chemische Synthesewege zu finden.
Kompetenzen
Die Biosystemtechnologie Gruppe vereint verschiedene Expertisen, die es ermöglichen, alle notwendigen Prozessschritte in der Herstellung von Enzymkaskaden zu realisieren.
- Entwicklung, Herstellung und Optimierung von Produktionsstämmen und Expressionsvektoren mittel Knock out von Genen oder Modularen Klonieren
- Fermentation im 3L - 10L, und 30L-Massstab
- Prozessoptimierung im Labormaßstab sowie das Scale-up
- Proteinreinigung
- Etablierung von Expressionsvektoren für Enzymkaskaden mittels modernster genetischer Techniken
- Biokatalyse in unterschiedlichen Massstäben
- GC/LC/MS-basierte und photometrische Analytik, auch zur Etablierung und Durchführung von Screening, einschließlich der Datenanalyse
Forschung
Konzipierung, Etablierung und Optimierung Biokatalysen von Enzymkaskaden
Aufgrund unseres Know-Hows bezüglich biokatalytischen Systemen und den diversen genetischen Strategien, welche unsere Fachgruppe Anwendung finden, sind wir Experten bei der Wahl einer passenden Biokatalyse-Strategie (Ganzzell, Surface Display, gereinigte Enzyme, Immobilization), der Etablierung geeigneter Reaktionsbedingungen für Biokatalyse und weiteren Fragestellungen rund um die Biokatalyse. Dies schliesst auch die Optimierung biokatalytischer Ansätze mit ein.
Engineering von Mikrobenstämmen
Das Engineering von Mikrobenstämmen kann für eine effiziente Ganzzell-Enzymkaskade entscheidend sein. Wir verfügen über das genetische Knowhow zur genomischen Modifikationen, sowie auch den analytischen Methoden um neue Stämme hinsichtlich ihrer Physiologie und etwaige Konsequenzen für darauffolgende Prozesse zu charakterisieren.
Optimierung Proteinreinigung
Wir sind Experten in der Überexpression und Reinigung verschiedener Proteintypen, beispielsweise Enzyme oder Strukturproteine. Wir verwenden modernste Techniken und Strategien, welche spezifisch auf das jeweilige Protein abgestimmt sind.
Optimierung und scale-up Fermentationsprozess
Wir sind mit 3-, 5-, 10- und 30-Liter-Reaktoren für die Fermentation verschiedener Mikroorganismen ausgestattet. Damit sind die Optimierungen von Fermentationsprozessen in verschiedenen Grössen möglich. Die Biomasse wird entweder direkt in der Ganzzell-Biokatalyse oder für Protein-Überexpression mit anschließender Reinigung eingesetzt.
Kooperationen und Projekte
- Etablierung einer Enzymkaskade zur Herstellung von 2,6-Dimethyl-5-heptenal
- Design von ADH-defizienten Stämmen für die Ganzzell-Biokatalyse
- Plasmid-Toolbox für Enzymkaskaden
- Exploration der Gen-Harmonisierung
- FUNGAS Enzyme von anaeroben Pilzen erhöhen die Gasausbeute von Reststoffen und ermöglichen die Biogasproduktion in Kleinanlagen in der INTERREGRegion.