Ökothermodynamik / Biokalorimetrie

Arbeitsgruppe Ökothermodynamik / Biokalorimetrie
Kristina Vogel, Claudia Heber, Thore Thore Rohwerder, Monique Reichard, Anika Krämer und Thomas Maskow (von links nach rechts; ohne Friderike Buchholz und Kurt-Tobias Mühler; Foto von Madlen Schubert)

Forschungsthemen

Die Thermodynamik wurde als eine systemorientierte naturwissenschaftlich fundierte Methode entwickelt, um Zustände und Prozesse vor allem in komplexen Systemen quantitativ beschreiben zu können. Durch sie bietet sich die Möglichkeit in ökologischen oder biochemischen Netzwerken, kinetische und stöchiometrische Ansätze, Erfahrungen und Intuition mit fundierten Daten über die thermodynamischen Zusammenhänge zu ergänzen, um so zu neuen Erkenntnissen und Prozessoptimierungen zu gelangen. Trotz dieses Potenzials wird die Biothermodynamik in der ökologischen oder auch biotechnologischen Forschung bisher eher selten angewandt.

Aus diesem Grund hat sich unserer Gruppe der Anwendung, Entwicklung und Validierung thermodynamischer Regeln in der Ökologie und Biotechnologie mit folgenden Zielen verschrieben:

  • Besseres Prozessverständnis in komplexen Ökosystemen und in metabolischen Netzwerken (Biothermodynamik),
  • Optimierungsansätze für Photobiosynthesen und die Energiegewinnung mittels mikrobieller Brennstoffzellen,
  • Entwicklung ultra-sensitiver Sensoren (z.B. Biokalorimetrie und Impedanzspektroskopie), und
  • Entwicklung neuartiger Bioprozesssteuerstrategien.
  • Besseres Verständnis der biologischen Wirkungen von Nanomaterialien

Wissenschaftler

Dr. Thore Rohwerder

Dr. Friderike Buchholz

Doktoranden/-innen

Kristina Vogel

Techniker/-innen

Sven Paufler (Stellvertreter)

Claudia Heber (Laborleiter)

Tobias Mühler (AZUBI)

Monique Reichard


Methoden

  • Fermentations-/Reaktionskalorimetrie
  • Mikrokalorimetrie
  • Chipkalorimetrie
  • ITC & DSC
  • Verbrennungskalorimetrie
  • Hochleistungsrespirometrie
  • Impedanzspektroskopie
  • ATP-Bestimmungen
  • Fermentationen

Ausgewählte Kooperationen / Projekte

Glycolyse: Thermodynamik und Vorhersage von Stoffwechselwegen.

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): Kooperationsprojekt mit der Uni Rostock und der TU Dortmund

Development of calorimetry as real time instrument to analyze and control complex environmental bioprocesses (DOCUMENT)

Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD): Project Based Personnel Exchange Programme (PPP) mit der Universität für Geowissenschaften Wuhan, China

Analyse und Regelung von Bioprozessen in natürlichen und technischen Systemen mit Chip-Kalorimetern

Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF): Kooperationsprojekt mit TU Freiberg, RWTH Aachen und 7 mittelständischen Biotechnologie-Unternehmen)

Biothermodynamische Charakterisierung und Analyse der Steuerungsmöglichkeiten des mikrobiellen Aufwuchsverhaltens mit neuartigen miniaturisierten Chip-Kalorimetern

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG): Kooperationsprojekt mit der TU Freiberg

Global Climate Changes Influence CO2-Fixation by Phytoplankton Photosynthesis - a Biothermodynamic Analysis

Helmholtzgemeinschaft, HIGRADE Stipendium: Kooperationsprojekt mit Prof. Wilhelm Universität Leipzig


10 ausgewählte Publikationen der letzten drei Jahre

Zhou Z-Q, Yang L-Y, Yan R., Zhao J, Liu Y-Q, Lai L, Jiang F-L, Maskow T, Liu Y (2017) Mn-doped ZnSe quantum dots initiated mild and rapid cation exchange for tailoring composition and optical properties of colloid nanocrystals: novel template, new applications. Nanoscale (accepted, IF=7.760)

Korth B, Maskow T, Picioreanu C, Harnisch F (2016) The microbial electrochemical Peltier heat: an energetic burden and engineering chance for primary microbial electrochemical technologies. Energy & Environmental Science 9: 2539-2544  (IF = 25.4)

Rohde M-T, Paufler S, Harms H, Maskow T (2016) Calorespirometric Feeding Control Enhances Bioproduction from Toxic Feedstocks – Demonstration for Biopolymer Production out of Methanol. Biotechnology and Bioengineering 113(10): 2113-2121

Maskow T, Paufler S (2015) What does calorimetry and thermodynamics of living cells tell us? Methods 76: 3-10

Przybylski D, Rohwerder T, Dilßner C, Maskow T, Harms H, Müller RH (2014) Exploiting mixtures of H2, CO2 and O2 for improved production of methacrylate precursor 2-hydroxyisobutyric acid by engineered Cupriavidus necator strains. Applied Microbiology and Biotechnology 99:2131-2145

Hoffmann P, Held C, Maskow T, Sadowski G (2014) A Thermodynamic Investigation of the Glucose-6-phosphate Isomerization. Biophysical Chemistry 195: 22-31

Maskow T, Mariana Morais F, Rosa LFM, Qian YG, Harnisch F (2014). Insufficient Oxygen Diffusion Leads to Distortions of Microbial Growth Parameters Assessed by Isothermal Microcalorimetry, RSC Advances 4: 32730-32737

Mariana Morais F, Buchholz F, Hartmann T, Lerchner J, Neu TR, Kiesel B, Harms H, Maskow T (2014). Chip-calorimetric Monitoring of Biofilm Eradication with Bacteriophages Reveals an Unexpected Infection Related Heat Profile. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 115: 2203-2210