Refine
Year of publication
Institute
- Fachbereich Chemie und Biotechnologie (918) (remove)
Language
- English (552)
- German (363)
- Multiple languages (2)
- Spanish (1)
Document Type
- Article (604)
- Patent (119)
- Book (66)
- Conference: Meeting Abstract (55)
- Conference Proceeding (35)
- Part of a Book (21)
- Report (6)
- Doctoral Thesis (4)
- Bachelor Thesis (3)
- Conference Poster (1)
Keywords
- Heparin (3)
- Bacillaceae (2)
- Biorefinery (2)
- Biotechnological application (2)
- Butanol (2)
- Chemometrics (2)
- IR spectroscopy (2)
- NMR spectroscopy (2)
- Principal component analysis (2)
- Standardization (2)
Bacillus subtilis and Bacillus licheniformis are widely used for the large-scale industrial production of proteins. These strains can efficiently secrete proteins into the culture medium using the general secretion (Sec) pathway. A characteristic feature of all secreted proteins is their N-terminal signal peptides, which are recognized by the secretion machinery. Here, we have studied the production of an industrially important secreted protease, namely, subtilisin BPN′ from Bacillus amyloliquefaciens. One hundred seventy-three signal peptides originating from B. subtilis and 220 signal peptides from the B. licheniformis type strain were fused to this secretion target and expressed in B. subtilis, and the resulting library was analyzed by high-throughput screening for extracellular proteolytic activity. We have identified a number of signal peptides originating from both organisms which produced significantly increased yield of the secreted protease. Interestingly, we observed that levels of extracellular protease were improved not only in B. subtilis, which was used as the screening host, but also in two different B. licheniformis strains. To date, it is impossible to predict which signal peptide will result in better secretion and thus an improved yield of a given extracellular target protein. Our data show that screening a library consisting of homologous and heterologous signal peptides fused to a target protein can identify more-effective signal peptides, resulting in improved protein export not only in the original screening host but also in different production strains.
High gradient magnetic separation (HGMS) has been established since the early 1970s. A more recent application of these systems is the use in bioprocesses. To integrate the HGMS in a fermentation process, it is necessary to optimize the separation matrix with regard to the magnetic separation characteristics and permeability of the non-magnetizable components of the fermentation broth. As part of the work presented here, a combined fluidic and magnetic force finite element model simulation was created using the software COMSOL Multiphysics and compared with separation experiments. Finally, as optimal lattice orientation of the separation matrix, a transversal rhombohedral arrangement was defined. The high suitability of the new filter matrix has been verified by separation experiments.
The immobilization of NAD+-dependent dehydrogenases, in combination with a diaphorase, enables the facile development of multiparametric sensing devices. In this work, an amperometric biosensor array for simultaneous determination of ethanol, formate, d- and l-lactate is presented. Enzyme immobilization on platinum thin-film electrodes was realized by chemical cross-linking with glutaraldehyde. The optimization of the sensor performance was investigated with regard to enzyme loading, glutaraldehyde concentration, pH, cofactor concentration and temperature. Under optimal working conditions (potassium phosphate buffer with pH 7.5, 2.5 mmol L-1 NAD+, 2.0 mmol L-1 ferricyanide, 25 °C and 0.4% glutaraldehyde) the linear working range and sensitivity of the four sensor elements was improved. Simultaneous and cross-talk free measurements of four different metabolic parameters were performed successfully. The reliable analytical performance of the biosensor array was demonstrated by application in a clarified sample of inoculum sludge. Thereby, a promising approach for on-site monitoring of fermentation processes is provided.
Primäre Ziele der Hydrolyse pflanzlicher nachwachsender Rohstoffe sind möglichst hohe Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Maximierung der Produktivität. Zur Optimierung dieser Prozesse wird Organosolv-aufgeschlossene Buchenholz-Cellulose verwendet. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von Novozymes CTec2-Enzymen. Die Hydrolysen konnten durch neue Rührerelemente auf einen Maßstab von 1000 L übertragen werden. Dabei konnten maximale Ausbeuten (g Glucose g –1 Glucose im Faserstoff) bis 81 g g – 1 und Konzentrationen von 152 g L –1 erreicht werden. Zurzeit können unter Einsatz eines Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L –1 enzymatisch hydrolysiert werden. Die cellulolytischen Enzyme stoßen bei hohen Feststoffkonzentrationen an ihre Grenzen. Mit steigendem Feststoffgehalt nimmt die Hydrolyseausbeute ab. Ein Ansatz zur Steigerung der Effizienz ist der Einsatz ligninolytischer Enzyme, die Ligninreste an der Organosolv-Cellulose aufschließen können. Eine solche Verbesserung der Zugänglichkeit für cellulolytische Enzyme an ihr Substrat wurde durch Kulturüberstände verschiedener ligninolytischer Pilze erreicht. Mit Kulturüberständen von Stereum sp. sind Steigerungen der Glucoseausbeuten um bis zu 30 % möglich.
Im vom BMELV/FNR geförderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine für Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder wässrigen Extraktionsprozessen überwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapinsäure, vorliegt und dieses nicht für die Polymerbildung eingesetzt werden kann. Für die im Fokus stehende Sinapinsäure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapinsäure durchgeführt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapinsäureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegenüber einer reinwässrigen Extraktion gesteigert werden. Für die Aufreinigung des an Sinapinsäure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es möglich, die Sinapinsäure quantitativ zu adsorbieren und später mit 70 %igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der Süd-Chemie AG.
Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln
(2012)
Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt.
Thin films of poly(ethyleneterephthalate) [PET]were exposed to radiation dose ranging from 10 to 30 kGy by using gamma rays in the range 12.8-177.8 MGy using swift light ions of hydrogen. There was no effect of the radiation dose on the optical behaviour of PET as a result of exposure to radiation dose up to 30 kGy brought about by gamma rays but a significant decrease in the optical band gap values was observed when PET was exposed to swift light ions of hydrogen. The data obtained are discussed in terms of optical studies carried out on PET using swift heavy ions.
The optical study carried out on insulating polymers namely polyethyleneterephthalate (PET) and polyvinylchloride (PVC) has been described. The polymers are exposed to different radiation doses by exposing them to swift heavy ions of carbon (90 MeV), silicon (120 MeV) and nickel (100 MeV) which influence on their optical properties. The studies show that amongst the investigated polymers, PVC and PET have potential for application as dosimeter beyond a threshold dose which is strongly dependent on the nature of the material and the radiation type. The optical micrographs show a distinct change in colour of the sample with increase in radiation dose.
Optical Fibers as Dosimeter Detectors for Mixed Proton/Neutron Fields - A Biological Dosimeter
(2023)
In recent years, proton therapy has gained importance as a cancer treatment modality due to its conformality with the tumor and the sparing of healthy tissue. However, in the interaction of the protons with the beam line elements and patient tissues, potentially harmful secondary neutrons are always generated. To ensure that this neutron dose is as low as possible, treatment plans could be created to also account for and minimize the neutron dose. To monitor such a treatment plan, a compact, easy to use, and inexpensive dosimeter must be developed that not only measures the physical dose, but which can also distinguish between proton and neutron contributions. To that end, plastic optical fibers with scintillation materials (Gd₂O₂S:Tb, Gd₂O₂S:Eu, and YVO₄:Eu) were irradiated with protons and neutrons. It was confirmed that sensors with different scintillation materials have different sensitivities to protons and neutrons. A combination of these three scintillators can be used to build a detector array to create a biological dosimeter.
Opioid Analgesia in P450 Gene Cluster Knockout Mice: A Search for Analgesia-Relevant Isoforms
(2015)
Online-Messsysteme für die automatisierte Charakterisierung von feldeffektbasierten Biosensoren
(2007)
The contribution of altered post-transcriptional gene silencing to the development of insulin resistance and type 2 diabetes mellitus so far remains elusive. Here, we demonstrate that expression of microRNA (miR)-143 and 145 is upregulated in the liver of genetic and dietary mouse models of obesity. Induced transgenic overexpression of miR-143, but not miR-145, impairs insulin-stimulated AKT activation and glucose homeostasis. Conversely, mice deficient for the miR-143–145 cluster are protected from the development of obesity-associated insulin resistance. Quantitative-mass-spectrometry-based analysis of hepatic protein expression in miR-143-overexpressing mice revealed miR-143-dependent downregulation of oxysterol-binding-protein-related protein (ORP) 8. Reduced ORP8 expression in cultured liver cells impairs the ability of insulin to induce AKT activation, revealing an ORP8-dependent mechanism of AKT regulation. Our experiments provide direct evidence that dysregulated post-transcriptional gene silencing contributes to the development of obesity-induced insulin resistance, and characterize the miR-143–ORP8 pathway as a potential target for the treatment of obesity-associated diabetes.
Obesity-induced overexpression of miR-802 impairs glucose metabolism through silencing of Hnf1b
(2013)
Grasschnitt hat in Deutschland ein beträchtliches Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Da frischer Grasschnitt nur in den Sommermonaten zur Verfügung steht und Gras bei der Lagerung verrottet, wird er unter anderem durch Silierung konserviert. Während der Silierung wird ein Teil der wasserlöslichen Kohlenhydrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäure fermentiert. Die Kombination aus Luftabschluss und Ansäuerung bewirkt die Konservierung der Silage. Silage als weit verbreitetes landwirtschaftliches Erzeugnis ist somit ein potentieller, in großen Mengen verfügbarer Lieferant für eine Vielzahl von Substraten für mikrobielle Fermentationen. Diese können entweder durch die Hydrolyse der in den Pflanzen enthaltenen Cellulosen und Hemicellulosen oder durch die Verwendung eines Silagepresssaftes nutzbar gemacht werden. Die zu entwickelnden Prozesse sollen die verbleibenden Kohlenhydrate, inklusive der Cellulose und Hemicellulose, sowie die Milchsäure nutzen. Die in der Silage enthaltenen Zucker sollen zu Ethanol, Itakonsäure und Bernsteinsäure und die Milchsäure zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Anfallende Reststoffe wie Hydrolyserückstände, Presskuchen und Fermentationsrückstände sollen bei allen zu etablierenden Prozessen entweder als Viehfutter verwendet oder der Biogasproduktion zugeführt werden können, wodurch eine vollständige stoffliche und energetische Nutzung der Silage erreicht wird.
Die fermentative Verwertung von Rohglycerin setzt je nach Herstellungsmethode und Produktionsorganismus eine Vorbehandlung des Glycerins zur Entfernung von Produktinhibitoren voraus. Durch den Einsatz von Hydrotalcit-Adsorbern können die im Rohglycerin enthaltenen Fettsäuren entfernt werden. Durch diese einfache Aufarbeitungsmethode ist ein mit reinem Glycerin vergleichbarer Umsatz von stark mit Fettsäuren verunreinigtem Rohglycerin zu 1,3-Propandiol (PDO) möglich. Die durch den Hydrotalcit gebundenen Fettsäuren lassen sich mit einem Ethanol-Wasser-Gemisch eluieren. Somit kann der Adsorber regeneriert und die Fettsäuren wieder der Wertschöpfungskette zugeführt werden. Im Fed-Batch-Experiment kann mit C. diolis eine PDO-Konzentration von über 50 g L⁻¹ unter Verwendung des aufgereinigten Rohglycerins erzielt werden. In der industriellen Produktion wird PDO momentan destillativ aufgearbeitet. Ein adsorptives Aufarbeitungsverfahren kann den Energiebedarf des Herstellungsprozesses drastisch senken. Auf der Suche nach einem geeigneten Material wurde ein Adsorberscreening in Bezug auf die Bindungseigenschaften durchgeführt. Mit einem b-Zeolith der Firma Süd ChemieAG konnte bisher die höchste Beladung im Modellsystem von 120 mg PDO/gAdsorber erreicht werden.
Einige Arten der Braun- und Weißfäulepilze sind in der Lage, selektiv entweder Lignin oder Cellulose im Holz abzubauen. Diese Pilze können für eine energiesparende Vorbehandlung lignocellulosehaltiger Biomasse für Bioraffinerien genutzt werden, ohne auf technisch aufwändige Aufschlussapparate zurückgreifen zu müssen. Weißfäulepilze bauen bevorzugt Lignin ab, wodurch die verbleibende Cellulose leichter für enzymatische Hydrolysen in das Monosaccharid Glucose zugänglich wird. Braunfäulepilze bauen dagegen Cellulose und Hemicellulose ab. Die Auswirkungen der Behandlung von Weizenstroh mit verschiedenen Pilzarten werden zurzeit untersucht. Dabei werden die Veränderung der enzymatischen Hydrolysierbarkeit des Substrats sowie die gebildeten Ligninderivate bestimmt. Detaillierte Betrachtungen der Biomasseveränderung werden mithilfe spezifischer Färbemethoden durchgeführt, durch die morphologische Veränderungen der Pflanzengewebe in der 3D-Lichtmikroskopie dargestellt werden können.
Metathese von Ölsäure und Derivaten ist ein interessanter Weg für die Synthese bifunktioneller Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen. Verwendet wurden Ru-Katalysatoren der zweiten Generation, welche eine hohe Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und Verunreinigungen aufweisen. Trotz des Einsatzes technischer Edukte waren Umsetzungen mit niedrigen Katalysatormengen (0.001 – 0.01 mol-%) möglich, mit Ausbeuten entsprechend der Literatur. Kreuzmetathesen ermöglichten variable Kettenlängen und Funktionalitäten der Monomere, die Produktgewinnung ist jedoch aufwändig. Selbstmetathese lieferte C18-bifunktionelle Verbindungen, welche einfach durch Destillation oder Kristallisation isoliert werden können. Neben der katalystischen Umsetzung wurde auch die Produktgewinnung untersucht und für ausgewählte Produkte auch im größeren Maßstab durchgeführt.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometric methods for the quantitative analysis of pure heparin in crude heparin is proposed. For quantification, a two-step routine was developed using a USP heparin reference sample for calibration and benzoic acid as an internal standard. The method was successfully validated for its accuracy, reproducibility, and precision. The methodology was used to analyze 20 authentic porcine heparinoid samples having heparin content between 4.25 w/w % and 64.4 w/w %. The characterization of crude heparin products was further extended to a simultaneous analysis of these common ions: sodium, calcium, acetate and chloride. A significant, linear dependence was found between anticoagulant activity and assayed heparin content for thirteen heparinoids samples, for which reference data were available. A Diffused-ordered NMR experiment (DOSY) can be used for qualitative analysis of specific glycosaminoglycans (GAGs) in heparinoid matrices and, potentially, for quantitative prediction of molecular weight of GAGs. NMR spectrometry therefore represents a unique analytical method suitable for the simultaneous quantitative control of organic and inorganic composition of crude heparin samples (especially heparin content) as well as an estimation of other physical and quality parameters (molecular weight, animal origin and activity).
Quantitative nuclear magnetic resonance (qNMR) is routinely performed by the internal or external standardization. The manuscript describes a simple alternative to these common workflows by using NMR signal of another active nuclei of calibration compound. For example, for any arbitrary compound quantification by NMR can be based on the use of an indirect concentration referencing that relies on a solvent having both 1H and 2H signals. To perform high-quality quantification, the deuteration level of the utilized deuterated solvent has to be estimated.
In this contribution the new method was applied to the determination of deuteration levels in different deuterated solvents (MeOD, ACN, CDCl3, acetone, benzene, DMSO-d6). Isopropanol-d6, which contains a defined number of deuterons and protons, was used for standardization. Validation characteristics (precision, accuracy, robustness) were calculated and the results showed that the method can be used in routine practice. Uncertainty budget was also evaluated. In general, this novel approach, using standardization by 2H integral, benefits from reduced sample preparation steps and uncertainties, and can be applied in different application areas (purity determination, forensics, pharmaceutical analysis, etc.).
Amino acid-based surfactants are valuable compounds for cosmetic formulations. The chemical synthesis of acyl-amino acids is conventionally performed by the Schotten-Baumann reaction using fatty acyl chlorides, but aminoacylases have also been investigated for use in biocatalytic synthesis with free fatty acids. Aminoacylases and their properties are diverse; they belong to different peptidase families and show differences in substrate specificity and biocatalytic potential. Bacterial aminoacylases capable of synthesis have been isolated from Burkholderia, Mycolicibacterium, and Streptomyces. Although several proteases and peptidases from S. griseus have been described, no aminoacylases from this species have been identified yet. In this study, we investigated two novel enzymes produced by S. griseus DSM 40236ᵀ . We identified and cloned the respective genes and recombinantly expressed an α-aminoacylase (EC 3.5.1.14), designated SgAA, and an ε-lysine acylase (EC 3.5.1.17), designated SgELA, in S. lividans TK23. The purified aminoacylase SgAA was biochemically characterized, focusing on its hydrolytic activity to determine temperature- and pH optima and stabilities. The aminoacylase could hydrolyze various acetyl-amino acids at the Nα -position with a broad specificity regarding the sidechain. Substrates with longer acyl chains, like lauroyl-amino acids, were hydrolyzed to a lesser extent. Purified aminoacylase SgELA specific for the hydrolysis of Nε -acetyl-L-lysine was unstable and lost its enzymatic activity upon storage for a longer period but could initially be characterized. The pH optimum of SgELA was pH 8.0. While synthesis of acyl-amino acids was not observed with SgELA, SgAA catalyzed the synthesis of lauroyl-methionine.
Nitratfreie Molke
(2009)