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 Kristina Vogel Anika Krämer
Prof. Hassan Al-Fathi Hieu Linh Duong
Christian Fricke
Techniker/-innen
Sven Paufler (Stellvertreter)
Claudia Heber (Laborleiter)
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 vier Jahre
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
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 9(8): 2824-2835
Altwasser V, Pätz R.R., Lemke T, Paufler S, Maskow T (2017) A simple Method for the Measurement of Metabolic Heat Production Rates during Solid-State Fermentations Using β-Carotene Production with Blakeslea trispora as a Model System. Engineering in Life Sciences 17: 620-628
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