Forschungsschwerpunkte und Projekte

Forschungsschwerpunkte und Kooperationen

Nachfolgend sind alle aktuellen Projekte in der Abteilung mit ihren inhaltlichen Schwerpunkten sowie detaillierten Informationen aufgeführt.

SciNote classroom: ELN zur Digitalisierung von Laborpraktikas

Elektronische Laborbücher (engl. electronic laboratory notebooks, ELNs) sind ein wichtiger Bestandteil zur Digitalisierung der Laborarbeit und weisen vielzählige Vorteile gegenüber der traditionellen papierbasierten Laborbuchführung auf. In Kooperation mit der Firma SciNote (https://www.scinote.net/) wird den Studierenden des Studiengangs Biosystemtechnik / Bioinformatik die Möglichkeit gegeben, ihre Laborexperimente mithilfe von SciNote zu organisieren. Mit der webbasierten Anwendung können die Studierenden ihre Experimente Zuhause planen, im Labor papierlos (z.B. mithilfe eines Tablets) arbeiten und schließlich kollaborativ auswerten. Weiterhin lernen die Studierenden die Integration der PipettePilot Software von Gilson kennen, die Pipettierprotokolle an Bluetooth-gekoppelte Pipetten überträgt und nach Beendigung eine Zusammenfassung der Pipettierschritte an SciNote sendet. Diese Vernetzung des Labors ist damit auch ein erster Einblick in das Internet der Dinge (engl. internet of things, IoT) und das Zukunftsprojekt Industrie 4.0.

Die nachfolgenden Projekte werden gefördert durch die Europäische Union und den Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE), die Investitionsbank des Landes Brandenburg, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bzw. das Bundesministerium für Bildung und Forschung.

FoodTech-NMR: Benchtop-NMR Spektroskopie für die Ernährungswirtschaft

Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR Spektroskopie) wird zur Analytik auf molekularer Ebene eingesetzt und kann so zur Strukturaufklärung sowie für Konzentrationsbestimmungen genutzt werden. Das Investitionsprojekt FoodTech-NMR zielt auf den Erwerb und Einsatz eines Benchtop-NMR in den Laboren des Projektleiters, um verschiedene Projekte mit Kooperationspartnern der Region zu unterstützen. Das Projekt wird finanziell unterstützt durch die Europäische Union und den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Als Grundlage dient die Richtlinie des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) des Landes Brandenburg zur Förderung der Infrastruktur für Forschung, Entwicklung und Innovation aus dem EFRE (InfraFEI).

FoodTech-GCMS: Food-Tech durch GC-MS-Analytik

Insbesondere in der Lebensmittelanalytik spielt die Gaschromatografie mit angeschlossenem Massenspektrometer (GC-MS) für den Nachweis und die Quantifizierung kleiner Moleküle eine große Rolle. Das analysierte Spektrum reicht von Geschmacks- und Geruchsstoffen über Schadstoffe (Mykotoxine, Pestizide) bis hin zu Hormonen und Metaboliten. Das Investitionsprojekt FoodTech-GCMS zielt daher auf den Erwerb und Einsatz eines GCMS in den Laboren des Projektleiters, um verschiedene Projekte mit Kooperationspartnern der Region im Bereich Lebensmittel- und Umweltanalytik zu unterstützen. Das Projekt wird finanziell unterstützt durch die Europäische Union und den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Als Grundlage dient die Richtlinie des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) des Landes Brandenburg zur Förderung der Infrastruktur für Forschung, Entwicklung und Innovation aus dem EFRE (InfraFEI).

Parallel World: Can polymerases go against the grain?

Das derzeitige Paradigma der Nukleinsäure-Polymerase-Reaktionen ist, dass die DNA-Synthese ausschließlich von antiparallel ausgerichteten Template-Primer-Duplexen initiiert wird. Neue XNA-basierte Experimente deuten jedoch auf die Möglichkeit hin, dass einige Polymerasen flexibel genug sind,um ein natürliches Nukleinsäure-Templat in umgekehrter Richtung zu kopieren und/oder am 5'-Ende von einem parallel hybridisierten Primer zu initiieren. Ziel des Projektes ist nun es herauszufinden, ob Polymerasen in der Lage sind unübliche, parallel angeordnete DNA-Doppelhelix als Substrat für die Nukleinsäuresynthese zu akzeptieren. Daraus würde eine Kopie des Doppelstranges in umgekehrter Reihenfolge resultieren, was wichtige Folgen für die genetische Information hätte, falls dies auch in lebenden Organismen unter bestimmten Bedingungen vorkommt. Zusätzlich könnten Rückschlüsse auf die frühe Evolution des genetischen Codes, der Genregulation und der Reparaturmechanismen, die zur Erzeugung von Diversität im Immunsystem beitragen können, gezogen werden.

ColdCoffeeEx: Prozesstechnologien für die Produktion kaltextrahierter Kaffeegetränke (Cold Brew Kaffee) und Ausbau sensorischer Profile über Fermentation

Kaltextrahierter Röstkaffee, sog. Cold Brew Kaffee, weist ein charakteristisches Aromaprofil und eine von heißgebrühtem Kaffee differierende Zusammensetzung auf und ist ein neuer Trend mit steigender Marktrelevanz. Von Nachteil sind einerseits die derzeit lange Extraktionsdauer (8 bis 24 Stunden) und andererseits die kurze Haltbarkeit der Getränke aufgrund der fehlenden Hitzebehandlung.

In Zusammenarbeit mit dem Kaffeeimporteur- und röster The Coffee Store (Mannheim) soll zunächst ein beschleunigtes ultraschallbasiertes Extraktionsverfahren ausgearbeitet werden, das die Bereitstellung frisch extrahierter Cold Brew Kaffees für die Gastronomie ermöglicht. Anschließend soll eine Fermentationstechnologie für die Extrakte entwickelt werden zur Produktion unterschiedlicher und haltbarer Cold Brew Kaffeegetränke. Wesentliche Aufgaben sind die Selektion und Evaluation geeigneter Fermentationskulturen sowie die Ausarbeitung einer massenspektrometriebasierten Aroma- und Toxinanalytik.

BioKonConFood: Biokonservierungsmethoden zur Erzeugung von natürlichem "hausgemachten" Convenience Food (Fertiggerichten)

Die Hauptforderungen an "hausgemachte Waren" sind eine lokale Herkunft, Produktsicherheit und minimale Prozessierung. Die konventionellen Konservierungsmethoden für Fertiggerichte basieren in der Regel auf Anwendung drastischer physikalischer Behandlungen oder potenziell gefährlicher Chemikalien. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer origineller Biokonservierungsmethoden, die auf den Prinzipien der Biopräservation und des ökologischen Ansatzes basieren und bei denen natürliche Zusatzstoffe und innovative Konservierungstechnologien eingesetzt werden.

Equi-Mikrobiom: Entwicklung einer technologisch neuen Methode zur Bestimmung des Gesundheitsstatus bei Pferden mittels erstmaliger Darmflora-Mikrobiomsequenzierung

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer technologisch neuen Methode zur Bestimmung des Gesundheitsstatus bei Pferden mittels Darmflora-Mikrobiomsequenzierung. Die Diagnosemöglichkeiten bei Pferden sind aus verschiedenen Gründen wesentlich geringer als bei Menschen. Daher planen wir, ein neuartiges mirkobiologisches Diagnoseverfahren zu entwickeln, auf dessen Basis man den allgemeinen Gesundheitszustand von Pferden ableiten und gegebenenfalls auch Empfehlungen zur Verbesserung aussprechen kann. Auf Basis von Proben aus Pferdemist soll mittels Sequenzierung des Mikrobioms ein Aufschluss über die Art der vorhandenen Bakterien und deren Häufigkeit gegeben werden können. Hierzu müssen neuartige Labor- und Analyseverfahren entwickelt werden, weil die Proben mit einer großen Zahl an Fremdstoffen und Störfaktoren behaftet sind und völlig unterschiedliche Bestandteile des Mikrobioms analysiert werden müssen. Die Ergebnisse der Sequenzierung sollen Rückschlüsse auf Krankheiten, Haltungs- und Ernährungsweisen erlauben.

FullDrug: Neue Ansätze in der Tumortherapie durch C60 Fulleren-Komplexe

C60 Fullerene sind Nanopartikel aus sechzig Kohlenstoffatomen mit einem hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis. Die einzigartige Struktur mit ihren physikalisch-chemischen Besonderheiten macht das Molekül für verschiedene potenzielle Anwendungen attraktiv. Unsere bisherigen Ergebnisse haben gezeigt, dass C60 als Nanocarrier und Aktivitätsmodulator für Wirkstoffe gegen Tumorzellen agiert. Hieraus ergibt sich eine starke Perspektive für die Weiterentwicklung von C60 in Kombination mit anderen Wirkstoffen als neues Krebstherapeutikum. FullDrug adressiert die Endphase präklinischer Studien zu einer neuen Krebsbehandlungsstrategie. In der Kombination von innovativer Zellkultur mit Tiermodellen für menschliche Tumore soll die Wirksamkeit einer neuartigen Krebstherapie gezeigt und die Grundlage für das klinische Stadium der Arzneimittelentwicklung gelegt werden.

agru Physics - PAK: Analytik und toxikologische Evaluation prioritärer Umweltschadstoffe (PAK, NSO-Heterozyklen) in Böden und Baustoffen

In Zusammenarbeit mit der terracon Laboratorium für Umwelt- und Pestizidanalytik GmbH werden neue analytische Methoden (GC-MS, MALDI-TOF MS) zum Nachweis prioritärer Umweltschadstoffe entwickelt. Dazu soll die Probenvorbereitung vor Ort mit einer Probenbox/Extraktions-Kammer durchgeführt werden. Mittels der Intact Cell Massenspektrometrie sollen zudem toxische Effekte der Substanzen in zellulären Testsystemen identifiziert werden.

micro2DL: Deep Learning für mikroskopische Bild- und Mikrobiomanalyse

In diesem Projekt ist die Entwicklung von Deep Learning (DL) Methoden für die Anwendung auf komplexe/heterogene biologische Hochdurchsatzdaten (BigData) aus der mikroskopischen Bilderkennung und der Mikrobiomanalyse mittels Next Generation Sequenzierung (NGS) geplant. Durch die enge Zusammenarbeit der Beteiligten aus beiden Fachgebieten soll eine Synthese erreicht werden, die neue Ansätze und eine höhere Genauigkeit bei der Analyse der Daten ermöglicht.
Die neuen Erkenntnisse sollen dabei helfen DL Methoden einfach an andere biologische/medizinische BigData-Themen zu adaptieren (z. B. Massenspektrometrie, Ökologie). Außerdem soll das Projekt den beiden Kooperationsfirmen den Einstieg in die Humandiagnostik mit einem Produkt zur mobilen Blutbildanalyse und einer detaillierten Mikrobiomanalyse ermöglichen.

MICdetect: Mikrobielle Korrosion in Kühlanlagen – Schnellverfahren Vor-Ort zur sicheren Detektion und Verfahren zur Vorbeugung und Sanierung betroffener Anlagen

An der TH-Wildau wird im Rahmen des Projekts die Sequenzierung des mikrobiellen und viralen Metagenoms und Entwicklung einer isothermalen Nachweismethode für Mikroorganismen und deren Bakteriophagen durchgeführt.

MethanGeo: Eliminierung von Methan aus Altdeponien mit Hilfe eines Biofilters für Langzeiteinsatz

Deponien emittieren das Treibhausgas Methan über mehrere Jahrzehnte hinweg. Methanausgasungen unter 30% können wirtschaftlich nicht mehr zur Energieerzeugung verwertet werden. Trotzdem sind diese Emissionen weiterhin von ökologischer Bedeutung. Der innovative Ansatz des Projektes “MethanGeo” besteht in einer biologischen Technologie zum langfristigen, kompletten Methanabbau in Methan-Hotspots auf Altdeponien. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung der mikrobiologischen Biofilterstrategie. Dazu werden Bodenproben einer Musterdoponie untersucht und ein Screening nach Methan-oxidierenden Bakterien, die das Enzym Methan-Monooxigenase und höhere Tolerenzen gegenüber wechselnden Klimabedingungen aufweisen, durchgeführt,

CoffeeFerment: Entwicklung standardisierbarer Fermentationsverfahren für Kaffeekirschen unter Verwendung von Starterkulturen

In Zusammenarbeit mit the Coffee Store (Mannheim) und Badra Coffee (Indien) werden kontrollierte und standardisierte Fermentationsprozesse für Rohkaffee entwickelt, um eine höhere Produktqualität zu erreichen. Neben Fermentationsverfahren- und vorrichtungen sind die Entwicklung von Reinigungs- und Sortieranlagen Ziel des Projektes.

agru Physics: physikalische Methoden für Nachhaltigkeit in Landwirtschaft und Umwelt

Das Netzwerk versteht sich als eine offene FuE-Plattform für innovative Unternehmen auf den Gebieten der Umwelt, Landwirtschaft und verarbeitenden Industrie landwirtschaftlicher Rohstoffe.