TY - JOUR A1 - Muschallik, Lukas A1 - Molinnus, Denise A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Pohl, Martina A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Siegert, Petra A1 - Selmer, Thorsten T1 - (R,R)-Butane-2,3-diol Dehydrogenase from Bacillus clausii DSM 8716T: Cloning and Expression of the bdhA-Gene, and Initial Characterization of Enzyme JF - Journal of Biotechnology N2 - The gene encoding a putative (R,R)-butane-2,3-diol dehydrogenase (bdhA) from Bacillus clausii DSM 8716T was isolated, sequenced and expressed in Escherichia coli. The amino acid sequence of the encoded protein is only distantly related to previously studied enzymes (identity 33–43%) and exhibited some uncharted peculiarities. An N-terminally StrepII-tagged enzyme variant was purified and initially characterized. The isolated enzyme catalyzed the (R)-specific oxidation of (R,R)- and meso-butane-2,3-diol to (R)- and (S)-acetoin with specific activities of 12 U/mg and 23 U/mg, respectively. Likewise, racemic acetoin was reduced with a specific activity of up to 115 U/mg yielding a mixture of (R,R)- and meso-butane-2,3-diol, while the enzyme reduced butane-2,3-dione (Vmax 74 U/mg) solely to (R,R)-butane-2,3-diol via (R)-acetoin. For these reactions only activity with the co-substrates NADH/NAD+ was observed. The enzyme accepted a selection of vicinal diketones, α-hydroxy ketones and vicinal diols as alternative substrates. Although the physiological function of the enzyme in B. clausii remains elusive, the data presented herein clearly demonstrates that the encoded enzyme is a genuine (R,R)-butane-2,3-diol dehydrogenase with potential for applications in biocatalysis and sensor development. Y1 - 2017 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiotec.2017.07.020 SN - 0168-1656 VL - 258 SP - 41 EP - 50 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - RPRT A1 - Siegert, Petra A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Selmer, Thorsten T1 - Abschlussbericht zum Projekt zur Überwachung biotechnologischer Prozesse mittels Diacetyl-/Acetoin-Biosensor und Evaluierung von Acetoin-Reduktasen zur Verwendung in Biotransformationen Y1 - 2022 N1 - Laufzeit: 01.01.2016 – 31.12.2019 (verlängert bis 31.12.2020) Förderkennzeichen: 322-8.03.04.02-FH-Struktur 2016/02 Gefördert durch: Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen CY - Aachen ER - TY - JOUR A1 - Pilas, Johanna A1 - Yazici, Y. A1 - Selmer, Thorsten A1 - Keusgen, M. A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Application of a portable multi-analyte biosensor for organic acid determination in silage JF - Sensors N2 - Multi-analyte biosensors may offer the opportunity to perform cost-effective and rapid analysis with reduced sample volume, as compared to electrochemical biosensing of each analyte individually. This work describes the development of an enzyme-based biosensor system for multi-parametric determination of four different organic acids. The biosensor array comprises five working electrodes for simultaneous sensing of ethanol, formate, d-lactate, and l-lactate, and an integrated counter electrode. Storage stability of the biosensor was evaluated under different conditions (stored at +4 °C in buffer solution and dry at −21 °C, +4 °C, and room temperature) over a period of 140 days. After repeated and regular application, the individual sensing electrodes exhibited the best stability when stored at −21 °C. Furthermore, measurements in silage samples (maize and sugarcane silage) were conducted with the portable biosensor system. Comparison with a conventional photometric technique demonstrated successful employment for rapid monitoring of complex media. Y1 - 2018 U6 - http://dx.doi.org/10.3390/s18051470 SN - 1424-8220 VL - 18 IS - 5 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Werner, Frederik A1 - Groebel, Simone A1 - Schuhmacher, K. A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Wagner, Torsten A1 - Selmer, Thorsten A1 - Baumann, Marcus A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Bestimmung der metabolischen Aktivität von Mikroorganismen während des Biogasbildungsprozesses JF - 9. Dresdner Sensor-Symposium : Dresden, 07.-09. Dezember 2009 / Gerlach, Gerald ; Hauptmann, Peter [Hrsg.] Y1 - 2009 SN - 978-3-941298-44-6 N1 - Dresdner Sensor-Symposium ; (9, 2009, Dresden) SP - 201 EP - 204 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - JOUR A1 - Werner, Frederik A1 - Krumbe, Christoph A1 - Schumacher, Katharina A1 - Groebel, Simone A1 - Spelthahn, Heiko A1 - Stellberg, Michael A1 - Wagner, Torsten A1 - Yoshinobu, Tatsuo A1 - Selmer, Thorsten A1 - Keusgen, Michael A1 - Baumann, Marcus A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Determination of the extracellular acidification of Escherichia coli by a light-addressable potentiometric sensor JF - Physica status solidi (a) : applications and material science. 208 (2011), H. 6 Y1 - 2011 SN - 1862-6319 SP - 1340 EP - 1344 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Molinnus, Denise A1 - Muschallik, Lukas A1 - Gonzalez, Laura Osorio A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Wagner, Torsten A1 - Selmer, Thorsten A1 - Siegert, Petra A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Development and characterization of a field-effect biosensor for the detection of acetoin JF - Biosensors and Bioelectronics N2 - A capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) field-effect biosensor for acetoin detection has been presented for the first time. The EIS sensor consists of a layer structure of Al/p-Si/SiO₂/Ta₂O₅/enzyme acetoin reductase. The enzyme, also referred to as butane-2,3-diol dehydrogenase from B. clausii DSM 8716T, has been recently characterized. The enzyme catalyzes the (R)-specific reduction of racemic acetoin to (R,R)- and meso-butane-2,3-diol, respectively. Two different enzyme immobilization strategies (cross-linking by using glutaraldehyde and adsorption) have been studied. Typical biosensor parameters such as optimal pH working range, sensitivity, hysteresis, linear concentration range and long-term stability have been examined by means of constant-capacitance (ConCap) mode measurements. Furthermore, preliminary experiments have been successfully carried out for the detection of acetoin in diluted white wine samples. Y1 - 2018 U6 - http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2018.05.023 VL - 115 SP - 1 EP - 6 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Pilas, Johanna A1 - Iken, Heiko A1 - Selmer, Thorsten A1 - Keusgen, Michael A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Development of a multi‐parameter sensor chip for the simultaneous detection of organic compounds in biogas processes JF - Physica status solidi (a) N2 - An enzyme-based multi-parameter biosensor is developed for monitoring the concentration of formate, d-lactate, and l-lactate in biological samples. The sensor is based on the specific dehydrogenation by an oxidized β-nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)-dependent dehydrogenase (formate dehydrogenase, d-lactic dehydrogenase, and l-lactic dehydrogenase, respectively) in combination with a diaphorase from Clostridium kluyveri (EC 1.8.1.4). The enzymes are immobilized on a platinum working electrode by cross-linking with glutaraldehyde (GA). The principle of the determination scheme in case of l-lactate is as follows: l-lactic dehydrogenase (l-LDH) converts l-lactate into pyruvate by reaction with NAD+. In the presence of hexacyanoferrate(III), the resulting reduced β-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) is then regenerated enzymatically by diaphorase. The electrochemical detection is based on the current generated by oxidation of hexacyanoferrate(II) at an applied potential of +0.3 V vs. an Ag/AgCl reference electrode. The biosensor will be electrochemically characterized in terms of linear working range and sensitivity. Additionally, the successful practical application of the sensor is demonstrated in an extract from maize silage. Y1 - 2015 U6 - http://dx.doi.org/10.1002/pssa.201431894 SN - 1862-6319 VL - 212 IS - 6 SP - 1306 EP - 1312 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Röhlen, Desiree A1 - Pilas, Johanna A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Selmer, Thorsten T1 - Development of an amperometric biosensor platform for the combined determination of l-Malic, Fumaric, and l-Aspartic acid JF - Applied Biochemistry and Biotechnology N2 - Three amperometric biosensors have been developed for the detection of L-malic acid, fumaric acid, and L -aspartic acid, all based on the combination of a malate-specific dehydrogenase (MDH, EC 1.1.1.37) and diaphorase (DIA, EC 1.8.1.4). The stepwise expansion of the malate platform with the enzymes fumarate hydratase (FH, EC 4.2.1.2) and aspartate ammonia-lyase (ASPA, EC 4.3.1.1) resulted in multi-enzyme reaction cascades and, thus, augmentation of the substrate spectrum of the sensors. Electrochemical measurements were carried out in presence of the cofactor β-nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) and the redox mediator hexacyanoferrate (III) (HCFIII). The amperometric detection is mediated by oxidation of hexacyanoferrate (II) (HCFII) at an applied potential of + 0.3 V vs. Ag/AgCl. For each biosensor, optimum working conditions were defined by adjustment of cofactor concentrations, buffer pH, and immobilization procedure. Under these improved conditions, amperometric responses were linear up to 3.0 mM for L-malate and fumarate, respectively, with a corresponding sensitivity of 0.7 μA mM−1 (L-malate biosensor) and 0.4 μA mM−1 (fumarate biosensor). The L-aspartate detection system displayed a linear range of 1.0–10.0 mM with a sensitivity of 0.09 μA mM−1. The sensor characteristics suggest that the developed platform provides a promising method for the detection and differentiation of the three substrates. Y1 - 2017 U6 - http://dx.doi.org/10.1007/s12010-017-2578-1 SN - 1559-0291 VL - 183 SP - 566 EP - 581 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Groebel, Simone A1 - Werner, Frederik A1 - Jörres, Niklas A1 - Jansen, F. A1 - Kasper, Katharina A1 - Schiffels, Johannes A1 - Sprenger, B. A1 - Baumann, Marcus A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Selmer, Thorsten T1 - Entwicklung einer Sensor-Überwachung für Biogasanlagen auf Basis von Prozessdaten einer Parallelanlage T2 - 10. Dresdner Sensor-Symposium : Dresden, 5. - 7. Dezember 2011 ; miniaturisierte analytische Verfahren, Hochtemperatur-Sensoren, Sensoren für Bioprozess- und Verfahrenstechnik, Sensoren für die Medizin, Chemische Verfahrenstechnik, Lebensmittelanalytik, innovative Sensorlösungen, Sensoren für die Wasserqualität, Selbstüberwachung / Gerald Gerlach ... (Hg.) N2 - Beim Ausbau nachhaltiger, regenerativer Energieversorgung hat die Umwandlung von organischer Biomasse in Biogas ein großes Potential. Der zugrundeliegende, komplexe biologische Prozess wird noch immer unzureichend verstanden und bedarf systematischer Untersuchungen der Prozessparameter, um einen hohen Ertrag bei guter Gasqualität zu ermöglichen. Die Fragestellungen zur Entschlüsselung des Prozesses sind sowohl verfahrenstechnischer als auch mikrobiologischer Natur. Aus mikrobiologischer Sicht ist die Kenntnis der tatsächlich beteiligten prozesstragenden Mikroorganismen von erheblicher Bedeutung, aus verfahrenstechnischer Sicht die Kenntnis der physikalischen und chemischen Faktoren, welche die mikrobiologischen Prozesse und kontrollieren. Im Zusammenspiel aller dieser Parameter wird die Biogasbildung befördert oder behindert, bis zum Abbruch des Prozesses. Eine mögliche Kontrollmethode ist die Messung der metabolischen Aktivität prozesstragender Organismen. Diese soll, beruhend auf fundierten Prozessdaten, gewonnen durch eine Parallelanlage, mit einem lichtadressierbaren potentiometrischen Sensor-System (LAPS) realisiert werden. Dieser Sensor ist in der Lage, pH-Wert-änderungen zu detektieren, die durch den Stoffwechsel der auf dem Chip immobilisierten Organismen hervorgerufen werden, um eine Online-Überwachung von Biogasanlagen zu ermöglichen. Y1 - 2011 SN - 978-3-942710-53-4 U6 - http://dx.doi.org/10.5162/10dss2011/4.3 N1 - Dresdner Beiträge zur Sensorik 43 ; Dresdner Sensor-Symposium ; 10 ; 2011 ; Dresden ; Forschungsgesellschaft für Messtechnik, Sensorik und Medizintechnik ; Zehntes Dresdner Sensor-Symposium ; Dresdner Sensor-Symposium ; (10 ; 2011.12.05-07 ; Dresden) SP - 81 EP - 84 PB - TUDpress CY - Dresden ER - TY - JOUR A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Biselli, Manfred A1 - Selmer, Thorsten A1 - Öhlschläger, Peter A1 - Baumann, Marcus A1 - Förster, Arnold A1 - Poghossian, Arshak T1 - Forschung „zwischen“ den Disziplinen: das Institut für Nano- und Biotechnologien JF - Analytik news : das Online-Labormagazin für Labor und Analytik N2 - "Biologie trifft Mikroelektronik", das Motto des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) an der FH Aachen, unterstreicht die zunehmende Bedeutung interdisziplinär geprägter Forschungsaktivitäten. Der thematische Zusammenschluss grundständiger Disziplinen, wie die Physik, Elektrotechnik, Chemie, Biologie sowie die Materialwissenschaften, lässt neue Forschungsgebiete entstehen, ein herausragendes Beispiel hierfür ist die Nanotechnologie: Hier werden neue Werkstoffe und Materialien entwickelt, einzelne Nanopartikel oder Moleküle und deren Wechselwirkung untersucht oder Schichtstrukturen im Nanometerbereich aufgebaut, die neue und vorher nicht bekannte Eigenschaften hervorbringen. Vor diesem Hintergrund bündelt das im Jahre 2006 gegründete INB die an der FH Aachen vorhandenen Kompetenzen von derzeit insgesamt sieben Laboratorien auf den Gebieten der Halbleitertechnik und Nanoelektronik, Nanostrukturen und DNA-Sensorik, der Chemo- und Biosensorik, der Enzymtechnologie, der Mikrobiologie und Pflanzenbiotechnologie, der Zellkulturtechnik, sowie der Roten Biotechnologie synergetisch. In der Nano- und Biotechnologie steckt außergewöhnliches Potenzial! Nicht zuletzt deshalb stellen sich die Forscher der Herausforderung, in diesem Bereich gemeinsam zu forschen und Schnittstellen zu nutzen, um so bei der Gestaltung neuartiger Ideen und Produkte mitzuwirken, die zukünftig unser alltägliches Leben verändern werden. Im Folgenden werden die verschiedenen Forschungsbereiche kurz zusammenfassend vorgestellt und vorhandene Interaktionen anhand von exemplarisch ausgewählten, aktuellen Forschungsprojekten skizziert. Y1 - 2012 VL - Publ. online PB - Dr. Beyer Internet-Beratung CY - Ober-Ramstadt ER -