Algae Biotechnology & Bioenergy

Photosynthetische Mikroalgen können Wachstumsraten aufweisen, die die Biomasseerzeugung durch höhere Pflanzen übertreffen. Je nach Mikroalgenstamm und den Kulturbedingungen kann die Algenbiomasse hochinteressante Verbindungen für potenzielle biotechnologische Anwendungen enthalten. Unsere Forschung zielt darauf ab, Stämme zu identifizieren, die sich durch schnelles und einfaches Wachstum auszeichnen und wertvolle Verbindungen, z.B. hohe Mengen an Fettsäuren, produzieren können. Es werden sowohl Mikroalgen aus Algensammlungen als auch neue Isolate aus der Umwelt untersucht.

Die Produktion von Biogas aus Biomasse gewinnt weltweit zunehmend an Bedeutung. Das Wissen über die biologischen Prozesse, die in einer Biogasanlage ablaufen, ist heute begrenzt. Daher ist die Forschung auf diesem Gebiet notwendig und wichtig, um den Prozess der Biomethanproduktion zu verbessern.

In diesem Zusammenhang untersuchen wir die Nutzung von Mikroalgen als alternative Biomasse für die Biomethanproduktion und mögliche Synergieeffekte von Biomassevorbehandlung und Fermentation.

Die Entwicklung einer sauberen, nachhaltigen und wirtschaftlich tragfähigen Energieversorgung für die Zukunft ist heute eine der dringendsten Herausforderungen, da die Produktion fossiler Energieträger in Zukunft zurückgehen wird. Von Mikroalgen produzierter Wasserstoff könnte aufgrund seiner potenziell hohen Energiedichte und seiner umweltfreundlichen Verbrennung, bei der reines Wasser entsteht, ein alternativer Energieträger sein.

Hintergrund

Mikroalgenstämme für die Produktion von flüssigen Biokraftstoffen sollten idealerweise eine sehr hohe Biomasseproduktivität und eine effiziente Biosynthese von Lipiden aufweisen, leicht zu ernten sein und für Strategien des Metabolic Engineering zugänglich sein. Zu den wichtigen Merkmalen für die Produktion erneuerbarer flüssiger Biokraftstoffe gehören außerdem der Sättigungsgrad der Fettsäuren und der Anteil an Triacylglycerin. Beide Parameter können durch verschiedene Faktoren stark beeinflusst werden, z.B. durch das Vorhandensein oder Fehlen bestimmter Nährstoffe in Abhängigkeit der jeweiligen Stämme. Wir untersuchen Mikroalgenarten hinsichtlich ihrer Lipidprofile, um Arten mit überlegenen Eigenschaften zu identifizieren, die vielversprechende Kandidaten für verschiedene zukünftige Anwendungen sein können, z.B. für die Produktion von Biokraftstoffen oder für die Lebensmittelindustrie.

Kohlenwasserstoffe & Polysaccharide

Die Grünalge Botryococcus braunii ist in der Lage, große Mengen langkettiger Kohlenwasserstoffe sowie Polysaccharide zu produzieren und auszuscheiden. Das Hauptziel des SPLASH-Projekts besteht darin, mit Hilfe von Genomik und Systembiologie Metabolic Engineering-Strategien für die Produktion von Kohlenwasserstoffen und (Exo)-Polysacchariden in Grünalgen zu entwickeln. Die Informationen werden außerdem für die Entwicklung von Kultivierungskonzepten, verbessertes Wachstum und spezifische Produktverbesserungen genutzt. Um einen Einblick in die Expression von Schlüsselgenen zu erhalten, die an der Biosynthese und Ausscheidung von Kohlenwasserstoffen und Polysacchariden beteiligt sind, untersuchen wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern die Veränderungen in den Transkripten, Proteinen und Metaboliten von B. braunii Stämmen, die in vollständig kontrollierten Photobioreaktorsystemen gezüchtet werden.

Das Hauptziel dieser Untersuchung ist es, die Unterschiede in den Metabolom- und Proteomprofilen mit den Unterschieden im genetischen Hintergrund, den Transkripten, den Wachstumsbedingungen und der Biomasseproduktion in Verbindung zu bringen, um so ein klares Verständnis der zellulären biochemischen Prozesse zu erhalten, die der Kohlenwasserstoff- und Polysaccharidbiosynthese zugrunde liegen. Darüber hinaus werden die Daten als Input für die Modellierung von natürlichen Stämmen von B. braunii, aber auch von modifizierten Organismen wie Hefe und Algen (z.B. C. reinhardtii) verwendet.