apl. Prof. Dr. Sascha Beutel
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In unserer Forschung etablieren wir gesamte Bioprozesse – von der Isolation der Gene über die Expression in bakteriellen Produktionsstämmen bis zur Produktion und Aufreinigung der produzierten Biomoleküle, i.d.R. Enzyme oder sonstige bioaktive Proteine.
Diese Enzyme werden z.B. für die Lebensmittel-, Duft- und Aromastoffproduktion eingesetzt, etwa zur Herstellung von Flavonoiden und Sesquiterpenen, wobei sowohl ganzzellkatalytische Prozesse als auch Prozesse mit isolierten Enzymen untersucht werden.
Aufarbeiten und analysieren – Methoden und Technologien
Wir entwickeln und untersuchen Aufarbeitungsmaterialien und -methoden für die rekombinant produzierten Enzyme wie auch für die hiermit produzierten Produkte. Darüber hinaus entwickeln wir neue analytische Methoden und Analysengeräte, wie z.B. spezifische Methoden zur quantitativen Analyse oder Sensoren zur OD-Messung in Schüttelkolben.
Weiterhin werden auch Projekte zur Entwicklung neuartiger Reaktorsysteme und Anlagenkomponenten bearbeitet, wie Kristallisations- oder Photobioreaktoren, Sensoradapter oder Dosagemodule für Schüttelkolben. Zudem wird auch die Digitalisierung im Laborbereich eingehend studiert, z.B. zum interaktiven Arbeiten in einer digital unterstützten Laborumgebung oder zur Einbindung neuer Technologien in das Laborumfeld wie Rapid Prototyping oder Augmented Reality.
Viele Arbeiten finden am Institut in Zusammenarbeit mit der AG Scheper statt. Ferner bestehen enge Kooperationen mit Industriepartnern.
Bioprozesstechnik
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In der Bioprozesstechnik werden unterschiedliche Aspekte der Bioprozeßentwicklung bearbeitet. Neben der Kontrolle, Regelung und Optimierung von Kultivierungsprozessen von Bakterien, Pilzen und Säugerzellen werden Untersuchungen an enzymatischen Prozessen durchgeführt. Ein Teil der Laboratorien und das Technikum haben eine SI-Genehmigung, so dass Arbeiten mit rekombinanten Organismen dieser Sicherheitsstufe durchgeführt werden können. Zur Zeit werden Organismen zur Produktion von Antibiotika, diverser Enzyme, Nahrungsergänzungsmitteln, Cytokinen, Antikörpern und Impfstoffen eingehend studiert. Bioreaktoren (einschließlich Single-use-Systemen und Keramikhohlfaserreaktoren) bis zum 50 Liter Maßstab stehen zur Verfügung.
Downstream processing
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Das Downstream Processing ist einer der kostentreibenden Faktoren in der biotechnologischen Produktion. Die Adaption neuer Techniken oder alternativer Materialien steht hier im Fokus der Arbeiten: Filtrations-, Extraktions-, Chromatographie- und Membranadsorberverfahren stehen zur Verfügung. Industrielle Prozesse können vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab abgebildet werden.
Die Aufarbeitungsverfahren werden hinsichtlich ihrer Eignung für individuelle Fragestellungen getestet, adaptiert und optimiert. Weiterhin werden neue Aufarbeitungstechnologien in enger Kooperation mit der Industrie entwickelt, wie z.B. partikelgängige Membranadsorptionsverfahren oder High Throughput Screening-Verfahren zur schnellen und präzisen Auffindung von Aufarbeitungsparametern.
Bioanalytik
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Im Bereich Bioanalytik widmet sich die AG Beutel der Entwicklung von bioanalytischen Verfahren wie z.B. zur Quantifizierung von Vitamin B12 in Lebensmitteln oder der Identifizierung von Duft- und Aromastoffen aus rekombinanter Produktion. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Sensoren und Sensorkonzepten, z.B. zum online-Monitoring von pH, pO2 und OD, zur Fluoreszenzmessung von Proteinen, NADH o.ä. oder zum Einsatz von in situ-Mikroskopie in der Bioprozessüberwachung.
Digitalisierung
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Im Bereich Digitalisierung forscht die AG Beutel an der Realisierung von interaktiver digital unterstützter Laborinfrastruktur. Dies beinhaltet neben der bidirektionalen Einbindung von Laborgeräten in ein LIMS die gesamte Prozessentwicklung und –steuerung auf digitaler Basis sowie die interaktive Zusammenarbeit mit der Digitalinfrastruktur in Form geeigneter Interaktionsmedien, wie z.B. SmartGlasses, Tocubeamern oder Smartspeakern.
Kooperationen
Verbundprojekte
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EFRE-Projekt: RESI - Reststoffe Innovativ
Das Projekt erhält Zuwendungen aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Niedersachsen und befasst sich im Teilprojekt des TCIs mit der biotechnologischen Produktion von Biopolymeren.
Die Kunststoffindustrie ist aufgrund der immer weiter fortschreitenden Verbreitung von Mikroplastik in der Umwelt extrem unter Druck für alternative, besser degradierbare Kunststoffe zu sorgen. An diesem Punkt setzt das RESI-Projekt an, bei dem sich der Projektpartner TCI zum Ziel gesetzt hat, Biopolymere wie Polyhydroxyalkanoate (PHA) durch Mikroorganismen zu produzieren. Hierfür werden Produktionsverfahren zunächst mit natürlichen Produzenten wie Cupriavidus necator aufgebaut, die als benchmark für die rekombinante Produktion dienen sollen. Sodann werden Rekombinante auf Basis von E. coli erstellt und die Kultivierung und Produktion mit diesen Stämmen erprobt. Neben der Prozessintensivierung zur optimalen Produktion müssen ebenso geeignete Analysenmethoden zur Quantifizierung der PHA etabliert werden. Im nächsten Arbeitsschritt werden dann verschiedene Reststoffe aus agrar-wirtschaftlichen Prozessen für ihre Eignung als kostengünstige Medienbestandteile untersucht, um den Prozess noch wirtschaftlicher zu gestalten. Hierbei liegt der Fokus auf z.B. Melasse, Molke und Schleudereiweiß als alternative Kohlenstoff- und Proteinquellen.
Projektplan
Zunächst wird auf Basis natürlicher Produzenten eine PHA-Produktion etabliert, die von entsprechenden quantitativen Messmethoden zur PHA-Bestimmung ergänzt wird. Dieser Prozess wird in den Reaktormaßstab aufskaliert und als benchmark-Prozess eingehend studiert. Parallel erfolgen die molekularbiologischen Arbeiten zur Rekombination von E. coli, um die Produktion auch in diesen Zielorganismen zu etablieren. Sobald die Produktion in E. coli erfolgreich umgesetzt wurde, werden diese Rekombinanten in den Reaktormaßstab aufskaliert und der Prozess optimiert und intensiviert. Um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter zu verbessern, werden dann verschiedene Reststoffe aus dem Agrarbereich für ihre Eignung als Medienbestandteile untersucht und die optimalen Anteile für eine ökonomische Produktion ermittelt. Die finale Prozessarchitektur wird dann abschließend anhand einer Ökobilanzierung auf ihre Nachhaltigkeit hin bewertet.
Kooperation
Das Projekt wird im Verbund mit dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der Hochschule Hannover sowie den Firmen Vogelsang GmbH & Co. KG und Holzmühle Westerkamp GmbH durchgeführt.
Weitere Beteiligte:
- Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe Prof. Dr. Andrea Siebert-Raths Hannover
- Vogelsang Andreas Fastenau Essen
- Holzmühle Westerkamp Dr. Kolja Ostendorf Visbek
Forschungspartner
Kontakt
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30167 Hannover
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