Forschungsfelder
Biokatalyse & chemische Analysen
In diesem Forschungsbereich geht es um den Einsatz von Biokatalysatoren für die Umwandlung und Synthese von Molekülen und die Ersetzung herkömmlicher chemischer Verfahren durch effiziente und umweltfreundliche Ansätze. Bislang wurden zahlreiche Prozesse in Form von Einzelreaktionen industriell umgesetzt. Nun ist die Zeit reif für die Entwicklung von mehrstufigen One-Pot-Reaktionen, die es ermöglichen, die Anzahl der Arbeitsschritte für die Verarbeitung und die Aufreinigung von Reaktionszwischenprodukten, die einen erheblichen Teil der CO2-Emissionen verursachen, zu reduzieren.
Enzymtechnologien & Protein Engineering
In diesem Forschungsbereich befassen wir uns mit neuen enzymatischen Umsetzungen innerhalb synthetischer Ansätze, um aktuelle Lücken in enzymatischen Prozessanwendungen zu schließen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Optimierung von Enzymen für industrielle Anwendungen. Insbesondere bei mehrstufigen One-Pot-Reaktionen müssen die Enzyme den industriellen Anforderungen hinsichtlich Spezifität, Stabilität und Produktivität genügen. Geeignete Enzymvarianten werden gescreent und ihr Produktionsprozess wird optimiert. Für die Optimierung mit (semi)-rationalen Engineering-Methoden ist eine genaue Kenntnis der Enzymeigenschaften notwendig.
Die Herstellung und Modifizierung von Proteinen und Enzymen für den funktionalen Einsatz in pharmazeutischen Wirkstoffen sowie Lebens- und Futtermitteln ist ebenfalls ein wichtiger Schwerpunkt. Im medizinischen Bereich werden intelligente Technologien (z.B. Fusionstechnologien) zur kontrollierten Herstellung und Aufreinigung von glykosylierten Proteinen eingesetzt.
Mikrobielle Biotechnologie
Das Forschungsgebiet umfasst die biotechnologische Nutzung von Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilze) und deren Kompartimente. Die neuen Methoden und Konzepte der synthetischen Biologie werden eingesetzt, um die folgenden Ziele zu erreichen:
- Nutzung der genetischen Vielfalt von mikrobiellen Stämmen zur Steigerung der Produktivität und Robustheit von Produktionsstämmen
- Entwicklung und Charakterisierung von standardisierten und maßgeschneiderten Elementen für die systematische Stammentwicklung von Hefen und Pilzen
- Entwicklung von “Carbon Capture and Usage”-Technologien zur biotechnologischen Umwandlung von CO2 in hochwertige Produkte
- Entwicklung von mikrobiellen Populationen (auch Mikrobiome genannt) für den biologischen Pflanzenschutz
Prof. Diethard Mattanovich
Universität für Bodenkultur BOKU Wien
Zelllinienentwicklung & Epigenetik
Die in diesem Bereich durchgeführten Projekte befassen sich mit den Eigenschaften von Produktionszellen, die für die Herstellung biopharmazeutischer Produkte verwendet werden. Dazu gehören vor allem höhere Zelllinien von Säugetieren, Menschen oder Pflanzen, die therapeutische Proteine in einer Qualität produzieren können, die für die Injektion in Patienten geeignet ist. Neben therapeutischen Proteinen können diese Zellen auch zur Herstellung von Viren und virusähnlichen Partikeln verwendet werden, die für Impfstoffe oder in der Gentherapie benötigt werden.
Die Forschung zielt darauf ab, die Effizienz der Zellen so zu optimieren, dass höhere Ausbeuten bei höchster Qualität möglich sind, während gleichzeitig die Kosten und die erforderlichen Fristen reduziert werden. Insbesondere sollen neue Technologien entwickelt werden, die mit Hilfe der Systembiologie und der Analyse von genetischen und epigenetischen Regulationsmechanismen in Zellen die Eigenschaften dieser Zellen für die Produktion im industriellen Bioprozess verbessern.
Bioinformatik & Simulationen
Gene, RNA, Proteine und Metaboliten sind die Hauptakteure in biologischen Systemen. Die Summe dieser Teile machen weniger als das Ganze aus, denn diese Akteure agieren nie allein, sondern sind in komplexe und vielschichtige Netzwerke eingebunden. Die Entschlüsselung dieser Netzwerke und ihrer Strukturen sowie der Wechselwirkungen zwischen ihnen ist daher für das Verständnis biologischer Prozesse unerlässlich.
Ziel der Forschung ist es, diese Netzwerkinteraktionen nicht nur mit mathematischen Methoden zu entschlüsseln, sondern auch eine gezielte Beeinflussung, Steuerung und Überwachung dieser Netzwerke auf allen zellulären Ebenen sowie auf den Ebenen des Bioprozesses (insbesondere im vor- und nachgeschalteten Bereich) zu ermöglichen. Damit lassen sich biologische Zellfabriken gezielt und rational am Reißbrett entwerfen und optimieren, die eine nachhaltigere Produktion von chemischen Rohstoffen ermöglichen.
Prof. Jürgen Zanghellini
Bioprozess-Technologien
Der Forschungsbereich Bioprozesstechnologien befasst sich mit der Entwicklung von verbesserten oder neuen biotechnologischen Prozessen, Kontroll- und Regelungsalgorithmen. Ziel des Forschungsbereichs ist es, ein möglichst umfassendes Verständnis für biotechnologische Prozesse zu erlangen und deren Anwendung in der biopharmazeutischen und biotechnologischen Industrie im Allgemeinen zu ermöglichen. Durch die Implementierung neuer Prozesse/Technologien und Steuerungs- und Regelungsstrategien können die Herstellungskosten und die Zeit bis zur Markteinführung eines biopharmazeutischen Produkts reduziert werden. Der Forschungsbereich befasst sich insbesondere mit:
- Entwicklung von Produktionsprozessen für Bionanopartikel (z.B. Viren und virusähnliche Partikel VLP)
- Skalierbarkeit von Prozessen und deren Übertragbarkeit vom Labor- auf den industriellen Maßstab
- Modellierung und Simulation von biotechnologischen Prozessen als Grundlage für die Automatisierung
- Entwicklung von neuen Materialien für biotechnologische Anwendungen
- Entwicklung neuer (kontinuierlicher) Verfahren zur Aufreinigung von Proteinen als Erforschung der Wechselwirkung zwischen Proteinen und Oberflächen/li>
Bioökonomie & Umweltbiotechnologie
Die Optimierung von Recycling- und Verwertungsprozessen ist seit langem ein zentrales Anliegen des acib. Nur ein kleiner Teil aller Kunststoffabfälle wird recycelt, große Mengen landen in der Umwelt, wo sie nur sehr langsam abgebaut werden. Ziel ist es, diese Prozesse zu optimieren, um langfristig ein umweltfreundlicheres Recyclingverfahren zu schaffen.
Mikrobielle Enzyme spielen dabei eine wichtige Rolle. Ein Schwerpunkt ist das Design neuer Enzyme mit verbesserten und vor allem maßgeschneiderten Aktivitäten gegenüber (Bio)Polymeren. Neben der Verarbeitung von (Bio)Polymeren in großen Mengen werden auch polymeraktive Enzymreaktionen für neue pharmazeutische Strategien im Zusammenhang mit missbräuchlichen Opioidformulierungen untersucht.
