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Biosystemtechnologie

«Enzymatische Reaktionsnetzwerke sind einzigartig, als dass man eine Vielzahl von unterschiedlichen enzymatischen Reaktionen zur Herstellung chiraler Feinchemikalien in einer Zelle gleichzeitig ausführen kann.»

Dr. Christin Peters, Fachgruppenleiterin

Die Natur hat ein sehr effektives System an Kaskadenreaktionen entwickelt, um Stoffwechselwege und somit das Leben zu ermöglichen. Die lebende Zelle stellt grundsätzlich ein Ein-Gefäss-System dar und ermöglicht darin die verschiedensten Mehr-Stufenreaktionen mit Enzymen im wässrigen Medium. Der Vorteil der mehrstufigen Kaskadenreaktion wird vor allem im Zellmetabolismus deutlich: Obwohl keine Abtrennung und Aufarbeitung der verschiedenen Intermediate stattfindet, kommt es zu einer selektiven Produktbildung. Bei der Übertragung des Konzepts auf organische Synthesen kommt es gegenüber dem normalen Stufe-für-Stufe-Prozess zu Einsparungen an Zeit, Kosten und Abfall durch den Wegfall der Reinigungen der Zwischenprodukte. Oft können durch Kaskadenreaktionen die Gesamtausbeute und die Atombilanz verbessert werden. Der größte Vorteil zeigt sich bei toxischen oder instabilen Intermediaten, die durch die Kaskade direkt zu stabilen und nicht-toxischen Substanzen weiter umgesetzt werden können.

Die Kombination von Enzymkaskaden mit synthetischer Biologie erlaubt es für die unterschiedlichsten Prozesse einen sehr guten Produktionsstamm zu erzeugen. Mit dem dann grosstechnisch das gewünschte Produkt hergestellt werden kann. Dafür besitzen wir hier in der Fachgruppe die Möglichkeit des Up-Scalings bis zu einer 30 L Fermentation.

Über neue Zusammenarbeiten freuen wir uns jeder Zeit, sprechen Sie uns einfach an.

Projekte und Kooperationen

Kompetenzen

Die Biosystemtechnologie Gruppe vereint verschiedene Expertisen, die es ermöglichen, alle notwendigen Prozessschritte in der Herstellung von Enzymkaskaden zu realisieren.

Dazu gehören

  • Entwicklung, Herstellung und Optimierung von Produktionsstämmen und Expressionsvektoren;
  • Prozessoptimierung im Labormaßstab sowie das Scale-up;
  • Proteinreinigung;
  • Entwicklung und Optimierung der Biokatalysen; sowie Screening-Methoden im 96er Format oder mittels MS-basierter Analytik, einschließlich der Datenanalyse.

Forschungsthemen

Fermentation

Wir sind mit 5-, 10- und 30-Liter-Reaktoren für die Fermentation verschiedener Organismen ausgestattet. Damit sind Scale-ups von Fermentationsprozessen möglich. Die Biomasse wird entweder direkt in der Ganzzell-Biokatalyse oder für Protein-Überexpression mit anschließender Reinigung eingesetzt.

Enzymkaskaden

Enzymkaskaden und Ganzzell-Biokatalysen sind eine aufstrebende Alternative für die nachhaltige Produktion unterschiedlicher chemischer Substanzen. Wesentliche Prozessvorteile wie milde Reaktionsbedingungen, Regio-, Stereo- und Enantiomerspezifität sowie die Vermeidung der Reinigung von Zwischenprodukten machen den Ansatz vielversprechend für zukünftige Anwendungen in der Industrie. Wir verfolgen verschiedene Strategien, beispielsweise Ganzzell- oder Zelloberflächen-Display-Biokatalyse, um effiziente Enzymkaskaden zu etablieren. Der Erfolg der Biokatalysen wird mittels verschiedener photometrischer Assays oder per GC/HPLC-MS-basierte Analytik überwacht.

Proteinproduktion

Proteine sind hochwertige Biomoleküle, welche Anwendung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen finden. Wir sind Experten in der Überexpression und Reinigung verschiedener Proteintypen, von Enzymen bis hin zu Strukturproteinen. Wir verwenden modernste Techniken und Strategien, welche spezifisch auf das jeweilige Protein abgestimmte sind.

Genetik und Optimierung ganzer Zellkaskaden

Das Engineering von Mikrobenstämmen kann für eine effiziente Ganzzell-Enzymkaskade entscheidend sein. Darüber hinaus müssen die Enzyme einer Kaskade präzise aufeinander abgestimmt sein, um eine effiziente Umsetzung zum gewünschten Produkt zu gewährleisten. Dementsprechend setzen wir modernste genetische Techniken ein, um geeignete Produktionsstämme herzustellen. Um optimierte Enzymkaskaden zu konstruieren, setzen wir auf Modulares Klonieren, welches auf Golden Gate Cloning basiert. Dieser Ansatz unterstützt ein hochmodulares Design von Kaskadenenzymen. Darüber hinaus entwickeln wir Screening-Methoden, um die effizientesten Produktionsstämme und Kaskaden zu identifizieren.

Mitarbeiter

Master Studierende

HS 2021

HS 2020

Bachelor Studierende

FS 2021

FS 2020

FS 2019

News

Innosuisse

Das Projekt 35545.1 IP-LS zusammen mit Prof. Donald Hilvert (ETH) und Prof. Mark Tibbitt (ETH) wird im Impulsprogramm «Fertigungstechnologien» gefördert