Ökothermodynamik / Biokalorimetrie
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 Doktoranden und BA Studenten
Dr. Thore Rohwerder Christian Fricke Peter Troks
Hieu Linh Duong
Techniker/-innen
Sven Paufler (Stellvertreter)
Claudia Heber (Laborleiter)
Anika Krämer (TA)
Monique Reichard (TA)
Hans Fritsche (AZUBI)
Methoden
- Fermentations-/Reaktionskalorimetrie - Mikrokalorimetrie- Chipkalorimetrie - ITC & DSC
- Verbrennungskalorimetrie - Hochleistungsrespirometrie
- Impedanzspektroskopie - Fermentationen
- Thermokinetische Modellierungen
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
Vogel, K., Greinert, T., Reichard, M., Held, C., Harms, H., Maskow, T. (2020) Thermodynamics and
Kinetics of Glycolytic Reactions. Part II: Influence of Cytosolic Conditions on
Thermodynamic State Variables and Kinetic Parameters. International Journal of
Molecular Sciences 21: 7921
Rohwerder, T.
(2020) New Structural Insights into Bacterial Sulfoacetaldehyde and Taurine
Metabolism. Biochemical Journal. 477:1367-1371
Fricke, C., Xu, J., Jiang, F.-L.,
Liu, Y., Harms, H., Maskow, T.
(2020) Rapid culture-based detection of Legionella
pneumophila using isothermal microcalorimetry with an improved evaluation
method. Microbial Biotechnology Doi:10.1111/1751-7915.13563
Kleinsteuber, S., Rohwerder, T., Lohse, U., Seiwert, B., Reemtsma, T. (2019) Sated by a Zero-Calorie Sweetener: Wastewater Bacteria Can Feed on Acesulfame. Frontiers in Microbiology (DOI: 10.3389/fmicb.2019.02606
Fricke, C., Harms, H., Maskow, T. (2019) Rapid Calorimetric Detection of Bacterial Contamination: Influence of the Cultivation Technique. Frontiers in Microbiology 10: 2530
Maskow, T., Rothe, A., Jakob, T., Paufler, S., Wilhelm, C. (2019) Photocalorespirometry (Photo-CR): A novel method for access to photosynthetic energy conversion efficiency. Scientific Reports 9, 9298
Zahn, M., Kurteva-Yaneva, N., Schuster, J., Krug, U., Georgi, T. Müller, R. H., Rohwerder, T., Sträter, N. (2019) Structures of 2-Hydroxyisobutyric Acid-CoA Ligase reveal determinants of substrate specificity and describe a multi-conformational catalytic cycle. Journal of Molecular Biology 431: 2747-2761
Xu, J., He, H., Wang, Y.-Y., Yan, R., Zhou, L.-J., Jiang, F.-L., Maskow, T., Liu, Y. (2018) New Aspects of the Environmental Risks of Quantum Dots: Prophage Activation. Environmental Science: Nano 5(7): 1556-1566
Russel, M., Marios, S., JiaJia, S., Xu, W., Xiao, L., Maskow, T., Alam, M.M., Georgiou, J. (2018) High-Frequency, dielectric spectroscopy for the detection of electrophysiological/biophysical differences in different bacteria types and concentrations. Analytica Chimica Acta 1010: 86-95
Xu, J., Kiesel, B., Kallies, R., Jiang, F.-L., Liu, Y., Maskow, T. (2018) A fast and reliable method for monitoring of prophage-activating chemicals. Microbial Biotechnology DOI 10.1111/1751-7915.13042