Forschungsfelder
acib entwickelt innovative biokatalytische Prozesse und Technologien, um die Herstellung wertvoller Verbindungen nachhaltiger und effizienter zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Etablierung neuer Enzymreaktionen in den Bereichen Amidierung/Veresterung, Redox-Reaktionen (wie biokatalytische C=C-Spaltung, C-H-, Alkohol/Amin- und Aldehydoxidationen) und C-C-Bindungsknüpfung. Durch neue enzymatische (Kaskaden)Reaktionen, Enzymoptimierung und Prozessentwicklung wird die industrielle Anwendung dieser Reaktionen ermöglicht. Mehrere Enzyme in einem Reaktor zu kombinieren, ermöglicht es, komplexe, mehrstufige Prozesse auf einen Schritt zu reduzieren. Ziel ist es, biokatalytische Verfahren als umweltfreundliche Alternativen zu chemischen Synthesen zu etablieren und die Herstellung von Spezialchemikalien, pharmazeutischen Wirkstoffen und funktionellen Biomolekülen zu revolutionieren. Ein wichtiger Aspekt ist die Nutzung maßgeschneiderter Enzyme für spezifische Reaktionen, um höhere Selektivität, Stabilität und Effizienz zu erzielen. Beispielsweise arbeitet acib an der enzymatischen Herstellung von Beta-Lactam-Antibiotika sowie an Enzymen für die industrielle, medizinische und umweltbezogene Anwendung.
Innovative Products from Renewable Resources/ Biorefineries
acib verfolgt eine ganzheitliche Strategie zur Entwicklung biobasierter Produkte und Materialien unter konsequenter Nutzung nachhaltiger Ressourcen. Zentrale Ansatzpunkte sind die stoffliche Nutzung von CO₂ sowie biogenen und industriellen Restströmen, um hochwertige Produkte für Lebensmittel, Kosmetik, Futtermittel, Chemie, Materialentwicklung und Landwirtschaft zu generieren.
Im Zentrum stehen:
- Die Herstellung funktioneller Biomoleküle (Proteine, Prä-/Probiotika, kosmetische Wirkstoffe),
- Die Entwicklung hochentwickelter Biopolymere (z. B. PHA, Cyanoflan) mit maßgeschneiderten Eigenschaften,
- Die (Bio)katalytische Verwertung von schwer abbaubaren Kunststoffen und
- Die Gestaltung innovativer Bioraffineriekonzepte als Basis einer zirkulären Bioökonomie.
Ein zentrales Ziel ist die Reduktion des CO₂-Fußabdrucks durch CO₂-Fixierung, Upcycling von Nebenströmen und die Substitution fossiler Rohstoffe durch agrarische oder industrielle Abfälle.
Pflanzenbiotechnologie
Die F&E Tätigkeiten im Bereich Pflanzenbiotechnologie zielen darauf ab die Produktion relevanter Kulturpflanzen zukunftssicherer aufzustellen und innovative, nachhaltige Produktionsmöglichkeiten für Nahrungs- und Futtermittel sowie Kosmetika und besonders Pharmazeutika zu etablieren. Speziell stehen dabei Produkte im Vordergrund, die aufgrund ihrer Komplexität (z.B. Struktur) nicht oder nur schlecht in bestehenden biotechnologischen Systemen (z.B. Mikroorganismen oder Säugerzellen) hergestellt werden können.
Konkret wurden neue Wege etabliert um sogenannte small molecules sowie protein-basierte Wirk- und Nährstoffe in aktiver Form zu produzieren. Dadurch wird unter anderem das Problem der Klimawandel-bedingten Gefährdung von Lieferketten gelöst. Gleichzeitig werden Pflanzen durch eine gezielte Veränderung des sie umgebenden Mikrobioms und einzelner Substanzgruppen in ihrem Keimungs- und Wachstumspotential gestärkt.
Angewandte Biodiversität
Dieses Themenfeld verfolgt das Ziel, wissenschaftliche Erkenntnisse aus unserer Mikrobiomforschung in praktische Maßnahmen zum Schutz, zur nachhaltigen Nutzung und zur Wiederherstellung von landwirtschaftlich-genutzten und natürlichen Ökosystemen zu überführen. Im Konkreten geht es um:
Förderung der mikrobiellen Diversität im Boden – Biologischer Schutz vor Schädlingen, Unterstützung ertragreicher Ökosysteme durch gezielte Ansiedelung nützlicher Mikroorganismen.
Nachhaltige Gesundheitspflege – Unterstützung eines gesunden Darmmikrobioms, Erhalt der mikrobiellen Vielfalt und des damit verbundenen genetischen Potenzials (next generation probiotics).
Nachhaltige Nutzung von Ressourcen – Evaluierung der Biomasse aus der mikrobiellen Produktion auf Umweltverträglichkeit, Strategie zur Reduktion des Verderbs von Silagen.
Biologische Dekontamination – Detektion und Monitoring zur Prävention von Pathogenausbrüchen, Einsatz von Probiotika zur Keimreduktion in Lebensmittelproduktionsanlagen
Nachhaltige mikrobielle Biotechnologie
„Nachhaltige mikrobielle Biotechnologie“ erforscht und entwickelt Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, und filamentösen Pilze zur nachhaltigen Herstellung von Bioprodukten. Ziel ist es, die Nachhaltigkeit von mikrobiellen Stämmen und Bioprozessen durch neuartige Strategien zu erhöhen.
Ein Schwerpunkt ist die mikrobielle Umwandlung bisher ungenutzter, klimafreundlicher Substrate wie Lignozellulosezucker, Glycerin und Methanol in hochwertige Biomoleküle (Proteine für biopharmazeutische und Nahrungszwecke, organische Säuren, und Biokraftstoffe).
Insbesondere wird eine verbesserte Nutzung zellulärer Ressourcen und Zeitersparnis angestrebt, z.B. durch gezielte Stammverbesserung und Zellengineering, durch die Entwicklung von Koppelproduktionsprozessen, bei denen mehrere Produkte gleichzeitig in einem einzigen mikrobiellen Wirt hergestellt werden, oder durch den Einsatz von prädiktiven Modellen für Bioprozesse. Außerdem soll der Einsatz umweltschädlicher Stoffe und Antibiotika drastisch reduziert oder ganz vermieden werden.
Konkrete Ziele sind die Entwicklung von antibiotikafreien, co-produzierenden Komagataella phaffii-Stämmen für die Herstellung von qualitativ hochwertigen rekombinanten Proteinen; die mikrobielle Produktion von 1,3-Propanediol und 3-Hydroxypropionsäure aus alternativen Rohstoffquellen durch Lentilactobacillus diolivorans; oder die effizientere Verwertung von alternativen Substraten in methylotrophen Hefen.
Bioprozesstechnologie, Biopharmazeutika & Diagnostik
Ziel ist es, neuartige biopharmazeutische Wirkstoffe wie Peptide und Bionanopartikel (BNPs) durch neue Herstellungsverfahren zugänglich zu machen. Gleichzeitig sollen etablierte Biopharmazeutika wie Antibiotika, monoklonale Antikörper (mAbs) und Impfstoffe durch neue Ansätze für zusätzliche Indikationen nutzbar gemacht und ihre Produktion in Europa gesichert werden. Im Bereich Diagnostik liegt der Fokus auf der Verbesserung von Methoden zur frühzeitigen Erkennung von Krankheiten. Zudem wird das wachsende Wissen über die Interaktion zwischen Mikrobiom und menschlicher Gesundheit genutzt, um eine neue Generation von Prä-, Pro- und Synbiotika für Menschen und Nutztiere zu entwickeln.