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Themen der Runde I

In Rahmen der UfIB werden Projekte mit strategischen Forschungszielen gefördert, die in Zusammenarbeit mit Industriepartnern aus Allianzen einen oder mehrere Themenbereiche bearbeiten. In der ersten Runde der Förderung handelt es sich dabei um folgende Themenkomplexe:

Elektroden-gestützte Wertstoffproduktion

Im Rahmen der strategischen Allianz ZeroCarb werden alternative Wege zur stofflichen Nutzung von CO2 unter Einsatz biotechnologischer Verfahren untersucht. Die Nutzung von CO2 erfordert zunächst dessen Aktivierung durch Zufuhr von Reduktionskraft. Hierfür ist die direkte Nutzung von elektrischem Strom in Form der mikrobiellen Elektrosynthese von besonderer Bedeutung. Im Rahmen einer von der BRAIN AG unterstützten Promotionsarbeit sollen Module zur Etablierung synthetischer Elektronentransportketten erarbeitetet werden. Diese Module sollen prinzipiell dazu geeignet sein, in heterologen Wirtsorganismen einen effektiven Elektronentransport ausgehend von einer Kathode zu etablieren und so eine Elektroden-gestützte Wertstoffproduktion zu ermöglichen.

ZeroCarb

Kosten- und Krankheitslastenbetrachtung ausgewählter ernährungsmitbedingter Erkrankungen (Fokus: Übergewicht/Adipositas) in Deutschland sowie ausgewählten EU- und OECD-Ländern (nutriCOST-obese)

Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, den Zusammenhang zwischen Übergewicht oder Adipositas und Gesundheitskosten zu untersuchen und dabei die Rolle und Auswirkung von Ernährungsgewohnheiten und -indikatoren (u.a. Biomarker) aufzuzeigen. Mit Daten aus Kohortenstudien von Erwachsenen und Kindern, die Ernährungsmustern und –indikatoren sowie Gesundheitsleistungen und den Arbeitsausfall erfasst haben, sollen zu verschiedenen Lebenszeitpunkten im Querschnitt Zusammenhänge zwischen Ernährung, Gewicht und Gesundheitskosten quantifiziert und deren Aussagefähigkeit über den Ernährungseinfluss untersucht werden. Ferner soll bei Kindern bis zu einem Alter von 15 Jahren Ernährungsmuster, Entwicklungstrajekte des Body Mass Indexes und der Gesundheitskosten untersucht werden. Schließlich soll die empirische Aussagefähigkeit von Ansätzen einer Lebenslauf-orientierten Betrachtung der Kostenwirkungen von Ernährung im Zusammenhang mit Adipositas untersucht werden (wie Markov-Modellierung, Zeitreihenübersetzung von Querschnittsdaten, langfristiger Kohortenanalysen).

Das Promotionsprojekt soll in enger Zusammenarbeit mit dem Promotionsprojekt "nutriCOST-cardio" erfolgen.

NatLifE 2020

Untersuchung des Zusammenhangs zwischen depressiven Merkmalen und anti-inflammatorischen Eigenschaften von Lactobacillen in Mausmodellen

Ziel des laufenden GOBI Health GI Projektes ist es, Laktobacillen zu identifizieren, die bei chronisch-entzündlichen Zuständen (wie dem metabolischen Syndrom) vorbeugend eingesetzt werden können. Das Thema der hier vorgeschlagenen Arbeit zielt auf die Untersuchung derartiger Probiotika in Mausmodellen der Depression. Daraus können sich zusätzliche, neue Erkenntnise zum Mode of Action für die identifizierten probiotischen Stämme ergeben und ein zusätzlicher Einblick in den Zusammenhang zwischen Entzündung und Depression gewonnen werden.

GOBI

Regulatoren der Genexpression in Bacillus pumilus

Die Verfügbarkeit sicherer, einfach handhabbarer und hochproduktiver mikrobiologischer Plattformen ist eine Grundsäule der Weißen Biotechnologie. Das Verständnis der komplexen genetischen Steuerung der Expression von für die Zellphysiologie, Reproduktion und Produktbildung relevanten Enzymen ist Voraussetzung für deren rationale Optimierung. Klassische Expressionsplattformen aus verschiedenen Bacillus Spezies haben zum Teil Jahrzehnte der Stammoptimierung durchlaufen. Insofern ist der Aufbau einer kompetitiven Expressionsplattform Bacillus pumilus für die Produktion von Lebensmittelenzymen de novo ausgehend von einem Wildtyp Stamm innerhalb von NatLifE 2020 ein sehr ambitioniertes und komplexes Vorhaben. Diesem Umstand wird in einer vielversprechenden Erweiterung des konsortial durchgeführten Forschungsprogrammes innerhalb einer Promotion unter Nutzung modernster „Omics“-Technologien Rechnung getragen.

Durch vergleichende Genomik lässt sich zeigen, dass sich hochproduktive Bacillus pumilus Stämme in vielerlei Hinsicht nicht von weniger produktiven Stämmen sowohl der Spezies B. pumilus als auch anderer Bacilli unterscheiden. Es besteht vielmehr die Vermutung, dass Protein- als auch die RNA-Regulatoren welche den B. pumilus Metabolismus steuern, entscheidend zur unterschiedlichen Produktivität der Stämme beitragen. Ziel der Promotionsarbeit wird es sein, unter Nutzung vergleichender Transkriptomik diese Regulatoren  und ihre Interaktionspartner / Bindungsstellen zu identifizieren, um anschließend mit diesen Erkenntnissen die Produktivität von B. pumilus Produktionsstämmen weiter zu steigern.

AB Enzymes GmbH NatLifE 2020

Einsatz unkonventioneller Hefen und Pilze zur Wertstoffproduktion aus Abfallströmen

Die im Rahmen der strategischen Aallianz ZeroCarb von der BRAIN AG unterstützte Promotionsarbeit konzentriert sich auf die Nutzung zweier in der Industrie häufig vorkommender Abfallströme: zum einen Glycerin, welches während der Biodieselproduktion entsteht und zum anderen freigesetztes CO2 z.B. aus Stromkraftwerken. Ziel der zu besetzenden Promotionsarbeit ist die Nutzung dieser Abfallströme als Kohlenstoffquelle zur Synthese von Wertstoffen durch bislang wenig untersuchte, unkonventionelle Hefen und Pilze.  Diese Arbeit soll somit dazu beitragen, neuartige Produktionssysteme aus der Biodiversität zu beschreiben und biotechnologisch zugänglich zu machen.

ZeroCarb

Kommunikationsstrategie zur transparenten und umfassenden Darstellung der Produktionsstrategien in der Öffentlichkeit

Über die Allianz WiPro wird eine multimodale Sensor- und Software-Plattform aufgebaut, die eine zuverlässige und sichere Kontrolle und Steuerung von biotechnologischen Produktionsprozessen im Sinne der Konzepte der Industrie 4.0 ermöglicht. Die Kennzeichen der Industrieproduktion im IoT (Internet of Things)-Zeitalter sind eine starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten Produktion, die weitestgehende Integration von Kunden und Partnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse und die Verkopplung von Produktion und hochwertigen Dienstleistungen. Um diesen Wandel erfolgreich gestalten zu können muss die Digitalisierung von der Bevölkerung und den Anwendern akzeptiert werden und die Sicherheit der Daten gewährleistet sein.

Im Rahmen dieser Dissertation sollen Vorbehalte gegenüber eine digitalen Produktion in der Bevölkerung, den produzierenden Arbeitnehmern und den Unternehmen identifiziert und Kommunikationsstrategien zum Abbau der Vorbehalte entwickelt werden. Außerdem sollen Aspekte der Cyber-Sicherheit durch die digitale Kommunikation untersucht werden.

WiPro

Biokatalytische Herstellung von ausgewählten Naturstoffen

Im Rahmen der strategischen Allianz "NatLifE 2020" entwickelt AnalytiCon zusammen mit den Partnern natürliche Wirkstoffe für Anwendungen in Nahrungsmitteln und Kosmetika. Im Nahrungsmittel- und zunehmend auch im Kosmetiksektor wird es für eine erfolgreiche Vermarktung immer wichtiger, dass die Wirkstoffe über natürliche, also nicht chemisch-synthetische, Wege produziert werden, so dass das Produkt das Label „natural“ bekommen kann. AnalytiCon ist daher an der Entwicklung von enzymatischen Produktionsverfahren interessiert, da sie sowohl in der Wahrnehmung des Verbrauchers als auch in Registrierungs- und Zulassungsverfahren als natürliche Produktionsmethoden gelten. Für die Dissertation hat AnalytiCon drei niedermolekulare Naturstoffe als Zielverbindungen ausgewählt. Die direkte Isolierung der ausgewählten Zielverbindungen aus Organismen ist nicht wirtschaftlich. Es gibt jedoch mehrere als Vorstufen prinzipiell geeignete Naturstoffe, die in guter Ausbeute aus zugänglichen Organismen (zwei aus Pflanzen, eine aus einem fermentierten Pilz) erhältlich sind. Über mehrstufige Reaktionssequenzen aus aufeinanderfolgenden enzymatischen Hydrolyse- und Oxidationsreaktionen sollen die Zielverbindungen generiert und ein enzymatischer Produktionsprozess bis in den Gramm-Maßstab optimiert werden.

NatLifE 2020

Engineering und Optimierung von Mikroorganismen für das Recycling metallischer Ressourcen

Die Richtlinie 2008/98/EG formuliert das Ziel, bis 2020 EU-weit Abfälle als Ressource zu bewirtschaften. Der Hauptanteil vieler, insbesondere industrieller Abfall- und Seitenströme wird jedoch bis heute deponiert oder in Salzstöcke eingebaut, da geeignete nachhaltige und effiziente Methoden zur Aufbereitung fehlen. So gehen wertvolle mineralische wie metallische Ressourcen verloren. Im geplanten Promotionsprojekt soll eine biologische Methode zur Edelmetallgewinnung erarbeitet werden. Insbesondere sollen Mikroorganismen bezüglich ihrer Metallresistenz und metabolischen Aktivität für Recyclinganwendungen optimiert werden.

    ZeroCarb

    Kosten- und Krankheitslastenbetrachtung ausgewählter ernährungsmitbedingter Erkrankungen (Fokus: Herz-Kreislauf-Erkrankungen) in Deutschland sowie ausgewählten EU- und OECD-Ländern (nutriCOST-cardio)

    Vor dem Hintergrund steigender nicht-übertragbarer, chronischer Erkrankungen (Fokus: Herz-Kreislauf-Erkrankungen) soll in dem geplanten Promotionsprojekt ein Krankheitslasten- und Krankheitskostenmodell aufgebaut werden, welches den Anteil ernährungsbedingter Risikofaktoren an den Gesamtlasten auf Nährstoffebene quantifiziert. Auf Basis bestehender Vorarbeiten und eines systematischen Reviews sollen belastbare altersgruppen- und geschlechtsspezifische risikoadjustierte Effektgrößen (OR, RR, PAR, YLD, YLL, DALYs, Todesfälle) kalkuliert und auf Länderebene mittels eines Lebenszyklusansatzes ausgewertet und Einsparpotentiale aufgezeigt werden. In Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen soll die Robustheit des Modells demonstriert werden.

    Das Promotionsprojekt soll in enger Zusammenarbeit mit dem Promotionsprojekt "nutriCOST-obese" erfolgen.

    NatLifE 2020