ABBt Team
Prof. Dr. Ulrich Schwaneberg leitet das Institut für Biotechnologie an der RWTH Aachen und ist ein Mitglied im wissenschaftlichen Leitungsgremiums am DWI – Leibniz Institut für Interaktive Materialien. Die Expertise der AG Schwaneberg liegt im Protein Engineering mit evolutiven und rationalen Methoden. Die Methoden der Gelenkten Evolution wurden in 2018 mit dem Nobelpreis in Chemie ausgezeichnet. Die AG Schwaneberg nimmt auf dem Gebiet der Gelenkten Evolution weltweit eine führende Rolle ein (drittmeiste Publikationen; Web of Science, Suchbegriff „Directed evolution“).
Die Forschung ist in fünf Abteilungen mit verschiedenen Expertisen gegliedert mit dem Ziel die Methoden der Gelenkten Evolution zu verbessern, neue Designprinzipien von Proteinen aufzufinden und die Translationsforschung für interaktive Materialien (Pflanzengesundheit; Medizin), Biokatalyse und Bioökonomie zu fördern. In hier entwickelten Evolutionsstrategien wie KnowVolution werden computerunterstützte und experimentelle Ansätze kombiniert, um ein effizientes Proteindesign und molekulares Verständnis der verbesserten Proteineigenschaft zu ermöglichen.
Die AG Schwaneberg
Hybridkatalysatoren und Hochdurchsatzdurchmusterung
Die Arbeit der Abteilung im Bereich Biohybridkatalysatoren zielt primär darauf ab, die Kernkompetenz des Institutes – die Gelenkte Evolution – auf dieses interdisziplinäre Feld anzuwenden. So konnten dank der umfassenden Erfahrung der Abteilung im Engineering von Fassproteinen die für Metallhybridkatalysatoren notwendigen „Gerüste“ hergestellt werden. Durch diese Hybridkatalysatoren können neuartige chemische Reaktivitäten und Selektivitäten erschlossen werden, die durch Gelenkte Evolutionskampagnen noch verbessert werden können. Da Biohybridkatalysatoren an der Schnittstelle zwischen Chemie und Biotechnologie angesiedelt sind erzeugen sie – vor allem durch das Potenzial, bioorthogonale Reaktionen in vivo durchzuführen – ein großes Interesse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Ein weiteres Ziel der Abteilung Hybridkatalyse und Hochdurchsatzdurchmusterung ist die Entwicklung von Hochdurchsatzdurchmusterungssystemen -plattformen für die Gelenkte Evolution, welche auf die Durchmusterung von möglichst vielen generierten Proteinvarianten ausgelegt sind. Dadurch wird der Durchmusterungsschritt neu definiert und stellt für die Gelenkten Evolution keine Limitierung mehr dar. Das Augenmerk der Abteilung liegt auf der Entwicklung von (in vivo- und in vitro-) durchflusszytometerbasierten Durchmusterungssystemen in künstlichen Kompartimenten. Auf diese Weise kann beispielsweise die Anzahl an iterativen Runden pro Gelenkter Evolutionskampagne drastisch erhöht werden.
Die Abteilung wird durch Professor Dr. Ulrich Schwaneberg geleitet. Weiterführende Informationen zu unserer Arbeit, unseren Projekten und unseren Ergebnissen finden Sie auf unserer Abteilungswebsite.
Biohybrid-Systeme
Die Abteilung Biohybrid Systeme entwickelt und optimiert Proteine, Enzyme und Peptide für den Einsatz in Biohybridmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften und Funktionalitäten. Die Schlüsseltechnologieplattform besteht aus >50 Peptiden, welche in Wasser bei Raumtemperatur an vielfältige natürliche oder synthetische Oberflächen (z.B. Pflanzen oder Kunststoffe) binden: die so genannten Ankerpeptide. Durch Simulationsstudien und Gelenkte Evolution kann das Team sehr Veränderungen in den kurzen Ankerpeptiden (30 – 100 Aminosäuren) vornehmen.
Hierdurch können Interaktionen mit verschiedenen Materialien eingestellt werden und responsive Hybrid-Materialien basierend auf den funktionalen Bausteinen zu entwickeln. Mithilfe von Ankerpeptiden können u.a. Textilien funktionalisiert werden, oder aber in Mikrogelen verpackte Pestizide, Dünger und antimykotische Peptide an Pflanzenoberflächen befestigt werden.
Weitere Forschungsgebiete des Teams sind die Biopolymersynthese, Polymerfunktionalisierung, Polymerkonjugation und der Polymerabbau, zum Beispiel von Kunststoffen PE, PP und PET, die zunehmend ein großes Umweltproblem darstellen.
In der Abteilung Biohybrid Systems wurde ein breites interdisziplinäres Team zusammengestellt, das als Ansprechpartner für Textilchemiker, Polymerchemiker und Chemieingenieure im DWI dient. Mit unseren Fermentationseinrichtungen im DWI-Biotechnikum können wir in Maßstäben bis 100l fermentieren.
Die Gruppe wird von Dr. Felix Jakob geleitet. Mehr über unsere Arbeit und über Ankerpeptide finden Sie auf unserer Abteilungswebsite.
Molekulare Bioökonomie
Die Abteilung Molekulare Bioökonomie von Dr. Anna Joëlle Ruff optimiert Enzyme im Sinne einer nachhaltigen Bioökonomie und entwickelt Methoden zur Generierung verbesserter Varianten für die chemische oder pharmazeutischen Synthese. Wir sind Experten in der Verbesserung der Vielfaltsgenerierung, welche ein limitierender Schritt von Gelenkten Evolutions-Kampagne ist.
Mit unserer KnowVolution-Strategie konnten wir den Zeit- und Durchmusterungs-Aufwand solcher Kampagnen minimieren. Diese Strategie haben wir bereits in sechs Proteinevolutions-Kampagnen getestet, welche u.a. Enzyme für Diabetes-Diagnostik, Waschmittel und Tiernahrungszusätze erzeugten.
Weitere Enzymklassen, die wir erfolgreich bearbeitet haben, umfassen Oxidoreduktasen, Oxidasen, Lipasen, Proteasen, Glykosyltransferasen, Cutinasen und Dioxygenasen. Mithilfe von Monooxigenasen haben wir eine Ganzzell-Ultrahochdurchsatz-Durchmusterungsplattform zur Verbesserung von Lösemittelresistenz, Invertierung der Selektivität, und Erweiterung der Substratspektren dieser Enzyme entwickelt. Außerdem beschäftigen wir uns mit der Rückgewinnung von Phosphat aus verschiedenen biologischen Rohstoffquellen, unter anderem Zuckerrüben und Raps.
Die Abteilung Molekulare Bioökonomie besteht aus einem interdisziplinären Team von Wissenschaftlern, welches sich aus Molekularbiologen, Biochemikern, Biotechnologen, Chemikern und Prozessingenieuren zusammensetzt und auch eng mit Bioökonomen zusammenarbeitet.
Für weiterführende Informationen zu unserer Arbeit im Rahmen der Bioökonomie besuchen Sie bitte unsere Abteilungswebsite.
Next Generation Biocatalysis
Die Forschungsgruppe Next Generation Biocatalysis, kurz NGBC, hat sich die Entwicklung enzymatischer Reaktionen oder Reaktionskaskaden, Methoden und Technologien zum Ziel gesetzt, um die Limitierungen wässriger Biotransformationen zu überwinden. Ein zweiter zentraler Aspekt der Forschungsaktivität ist die Implementierung von Biokatalysatoren in mikrobielle Chassis mit dem Ziel, biosynthetische Wege hin zu wertvollen pflanzlichen Sekundärmetaboliten zu ermöglichen. Ein Schlüsselaspekt unserer Forschung ist die Entwicklung neuer oder verbesserter stereoselektiver Biotransformationen. Auf diese Weise sollen umweltfreundliche und energieeffiziente Synthesewege etabliert werden, um eine letztendliche Unabhängigkeit von petrochemischen Prozessen zu erzielen.
Um unsere Ziele zu erreichen, kombiniert unsere Forschung die übergreifenden Themen der gelenkten Enzymevolution, der Bio(-hybrid)katalyse, der metalloorganischen Chemie und der Polymerwissenschaften. Unsere Methoden vereinen und erweitern gleichermaßen auf einzigartige Weise die Technologieplattformen, für die die Schwaneberg Gruppe Bekanntheit erlang hat. Der interdisziplinäre Ansatz der NGBC Gruppe bündelt die Expertise von Molekularbiologen und synthetischen Biologen, Materialwissenschaftlern und Chemikern. Die NGBC-Gruppe wird von Dr. Johannes Schiffels geleitet.
Nähere Informationen zu unserer Arbeit, unseren Projekten und unseren Ergebnissen finden Sie auf unserer Teamwebsite.
Computational Biology
Die Abteilung Computational Biology von Dr. Mehdi Davari Dolatabadi betreibt das rationale Engineering von Proteinen, die Analyse von Enzymvarianten und die Identifikation von allgemeingültigen Prinzipien zum Protein Engineering. Hierfür werden die Evolutionskampagnen aller anderen Abteilungen der AG Schwaneberg mittels computergestützter Studien zu bestimmt.
Das Team verwendet dafür modernste Moleküldynamiksimulationen und entwickelt neuartige Dockingmethoden sowie QM/MM (Multilayer-Quantenmechanik-und-Molekülmechanik) Methoden. Unser Team verwendet High End Graphic Workstations, einen Linux-Simulationscluster und hat Zugang zum High Performance Computation Center der RWTH und als Mitglied des JARA HPC Instituts zum Jülicher Supercomputer Center.
Von besonderem Interesse sind für uns die molekularen Grundlagen für Proteinstabilität, -aktivität, -selektivität und Lösungsmitteltoleranz, Materialinteraktionen und Hybridkatalysatoren. Wir erstellen aber auch fokussierte Bibliotheken für das semi-rationale Protein Engineering was uns das in-silico Design von Enzymen und Proteinen in funktionalen Biohybrid-Materialien ermöglichen kann.
Nähere Informationen zu unseren Methoden, Projekten und Ergebnissen finden Sie auf unserer Abteilungswebsite.
Lehrstuhl-Verwaltung
Das Lehrstuhl-Verwaltungs-Team ("Admin") ist die Schmiere im Getriebe der AG Schwaneberg und dient als Anlaufstelle für Studenten, Wissenschaftler, Industrie und Öffentlichkeit gleichermaßen.
Neben den Verwaltungsaufgaben wie z.B. Personalwesen, Finanzangelegenheiten und der Organsation von allem, was Gebäude, Hard- und Software und Mitarbeitern eine reibungslose Arbeit ermöglicht, übernimmt das Verwaltungsteam noch viele weitere Aufgaben. Das Admin-Team stellt die Compliance des Lehrstuhls mit sämtlichen gesetzlichen Anforderungen an einen modernen Laborbetrieb auf höchstem Niveau sicher.
So organisieren unsere Mitarbeiter unter anderem Patentangelegenheiten, halten oder schaffen Kontakt zu einer Vielzahl an akademischen und industriellen Kooperationspartnern in der ganzen Welt oder organisieren die Projektantragsstellung und Forschungsaufträge.
Trotzdem sind wir uns aber auch nicht zu schade, einmal eine Kanne Kaffee zu kochen. Wenn Sie eine Frage oder ein Anliegen haben, so wenden Sie sich gerne an uns!