Max-Planck-Förderstiftungs-Forschungsgruppe Nachhaltige Biokatalyse

Forschungsvision und Motivation

Durch biologische Kohlenstoffspeicherung werden jährlich mehr als 400 Gigatonnen (Gt) CO₂ gebunden. Dennoch setzen anthropogene Aktivitäten jährlich 10 Gt Kohlenstoff frei, die nicht wieder aufgenommen werden können und den Klimawandel vorantreiben. Um die biologische Kohlenstoffspeicherung zu erforschen, zu verstehen und zu entwickeln, konzentrieren wir uns auf neuartige Ansätze unter Verwendung von Protein-Engineering und Systembiologie. Wir nutzen Werkzeuge wie Radioisotopenmarkierung, Metabolomik, Proteomik, Metabolic Engineering, Konfokal- und Elektronenmikroskopie sowie Strukturbiologie, um existierende Organellen und Enzyme zu verstehen und neue, der Natur fremde, zu entwickeln.

Insbesondere untersuchen wir, wie intrinsisch ungeordnete Proteine (IDPs) und Flüssigphasen-getrennte Kondensate die Biokatalyse an verschiedenen Verzweigungspunkten des Stoffwechsels beeinflussen, wie zum Beispiel die Selektivität von Rubisco für Kohlenstoff gegenüber Sauerstoff. Außerdem erforschen wir, wie sich hochgradig unspezifische Enzyme aus Methanogenen an neue Substrate anpassen lassen, um sie in synthetischen CO₂-zu-Produkt-Stoffwechselwegen zu implementieren.

Aufbauend auf unseren In-vitro-Ergebnissen etablieren und entwickeln wir naturfremde Organelle und alternative Produktionswege in Phototrophen (wie Cyanobakterien) und Methanogenen. Unser Fokus liegt dabei vor allem auf Kohlenstoff-Konzentrationsmechanismen, Terpen-Produktionswegen und Hydrogenasen.

Durch die Neukonzeption von Enzymen, Kompartimentierungsstrategien und mikrobiellem Chassis-Design wollen wir zu skalierbaren biologischen Lösungen für die Kohlenstoffabscheidung und einer umweltfreundlichen Fertigung beitragen. Unser interdisziplinärer Ansatz verbindet grundlegende Proteinbiochemie und Biophysik mit angewandter Stoffwechsel- und Enzymtechnik und bietet neue Werkzeuge zur Bewältigung globaler Nachhaltigkeitsherausforderungen.