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Bio-SAT - Biologische Ganzzell-Sensor-Aktor-Systeme für die Bioverfahrenstechnik und Umwelttechnologie - Dresden

Die WK-Potenzial-Initiative

Die Nutzung biologischer Erkenntnisse für technische Anwendungen birgt ein enormes Innovationspotenzial. Die Biologie kann dabei als Ideengeber oder unmittelbar in Form von biologischen Strukturen als Baustein technischer Systeme fungieren. Im Rahmen des Innovativen regionalen Wachstumskerns „Molecular Designed Biological Coating“ (MBC) in Dresden werden Biomoleküle (DNA, Proteine) und lebende Zellen auf technischen Oberflächen immobilisiert. Die im Verbund Bio-SAT zusammengeführten Einrichtungen haben sich zusammengeschlossen, um die MBC-Technologieplattform um den Aspekt technischer Sensor-Aktor-Systeme deutlich zu erweitern.
   

Die Ziele

Das Ziel des Projektes ist die Schaffung einer neuen Klasse von biohybriden Materialien, d.h. von Materialien, die sowohl eine biologische Komponente (z.B. lebende Zellen) als auch eine Rohstoff-/Feststoff-Komponente (z.B. Keramik) haben. Diese biohybriden Materialien sollen in diesem Fall lebende Zellen als biologischen Bestandteil haben und für den Aufbau technischer Sensor-Aktor-Systeme genutzt werden. Dazu werden gentechnisch maßgeschneiderte Mikroorganismen mit geeigneten Verfahren immobilisiert und in technische Systeme integriert. Im Erfolgsfall könnten diese biologisierten Sensor-Aktor-Systeme zukünftig in der Steuer- und Messtechnik im Bereich der Bioverfahrenstechnik, der Wasser- und Umwelttechnologie sowie der Medizintechnik genutzt werden. So könnten beispielsweise biologisierte Sensor-Aktor-Systeme eine Verunreinigung von Wasser durch Bakterien feststellen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten.

Die Projekte

In verschiedenen Modulen werden bestimmte Aspekte erprobt und optimiert, etwa die Funktionalisierung von Zellen durch gentechnische Veränderungen, die Erzeugung von Hüllstrukturen für Wirkstoffe und/oder Zellen, die Immobilisierung von Mikroorganismen, die Integration lebender Zellen in physikalische Messsysteme und in die Prozessüberwachung. An konkreten Beispielen in den Bereichen Umwelt- und Bioverfahrenstechnik werden einzelne Module so zusammengeführt, dass bestimmte Signale sensorisch erfasst werden und eine aktorische Umsetzung initiiert wird.

Für folgende Sensor-Aktor-Systeme sind Tests geplant:

  • Selbstaktivierende Filter für chemische Schad- und Arzneistoffe
    Die Anwesenheit bestimmter Schadstoffe soll detektiert werden und zur Freisetzung von Enzymen führen, die die Schadstoffe abbauen.
  • Selbstregelnde Zelladsorption
    Die intrazelluläre Akkumulation bestimmter Metallionen in Mikroorganismen soll erfasst werden und nur dann zu einer Ladungsänderung der Zelloberfläche führen. In einem anschließenden Schritt können diese Zellen selektiv angereichert werden.
  • Monitoring der Expression und Prozessierung von Poly-Hydrophobin
    Das technisch interessante Protein Hydrophobin soll als Polyprotein gebildet und bei Vorliegen einer Schwellenkonzentration in monomere Einheiten prozessiert werden. Dadurch entstehen Schichten oder Filme von Hydrophobin, die zu Änderungen von Oberflächeneigenschaften führen können. Beispielsweise können auf diese Art wasserabweisende Beschichtungen erzeugt werden.
  • Quorum-sensing basierte Überwachung von Gewässern
    Hefezellen sollen gentechnisch so verändert werden, dass sie die Kontamination von Wasser durch Bakterien signalisieren und geeignete Gegenmaßnahmen initiieren.

Die Partner

Kontakt

Herr Prof. Dr. Gerhard Rödel
Technische Universität Dresden
01062 Dresden
Tel.: (0351) 46336210
E-Mail: Gerhard.Roedel[at]tu-dresden.de 


Laufzeit: 01.12.2009-30.11.2011