- Biotechnologie: Inhaltliche Definition und allgemeine Zusammenhänge - Wachstum und Produktbildung von Mikroorganismen - Biosysteme für biotechnologische Applikationen - Grundlagen der biologischen Funktionen von in der Biotechnologie eingesetzten Biosystemen - Nährstoff- und Energieversorgung von Organismen als Basis für Bioproduktionen - Beispiele für biotechnologisch hergestellte Produktgruppen - Genetische Stammoptimierung als Basis für effiziente Bioprozesse - Ablaufschema eines biotechnologischen Prozesses und Prozessentwicklung - Erläuterung der Einheitsoperationen Substrataufbereitung, Bioreaktion und Fermentation sowie Aufarbeitung (Filtration, Zentrifugation, Zellaufschluss, Extraktion, Chromatographie) - Prozessbeispiele: Herstellungsverfahren für Zitronensäure und ein rekombinantes therapeutisches Protein - Anhand der Prozessbeispiele werden folgende Themen erörtert: Stoffwechselregulation und Prozessführung (Metabolic Engineering); Bioreaktoren sowie deren verfahrenstechnische Charakterisierung und Betriebsweise; Sterilisation; Aufarbeitungstechniken

Im Rahmen dieser Vorlesung werden die TeilnehmerInnen die Grundlagen und die Anwendungen der verschiedenen sogenannten -omics Technologien, genomics, transcriptomics, proteomics, lipidomics, metabolomics, fluxomics, interactomics, etc. kennenlernen. Warum und Wie man die Gesamtheit der Gene, der transkribierten Gene, der Proteine, der Lipide, der Stoffwechselprodukte oder der Stoffflüsse von lebenden Zellen oder eines Organismus bestimmt wird das Hauptthema dieser Lehrveranstaltung sein.

The lecture explains the most important methods and experimental strategies of molecular biology and gene technology. It builds on a general understanding of genetics and genetical methods. Focus of the lecture lies on methods for basic research and application in biotechnology.

Allgemeine Einführung in Molekulare Biotechnologie - Konzepte der Molekularen Biotechnologie Heterologe Expression von Genen in pro- und eukaryotischen Wirtsystemen - Allgemeine Grundlagen der Expression von Genen - Spezielle Probleme der heterologen Expression in den einzelnen Ebenen (Transkription, Transkript-Prozessierung, Translation, Post-translationale Modifikationen) - Wirtsysteme und Vektoren - Sekretion Produktion von rekombinanten Proteinen und Nukleinsäuren - Therapeutische Humanproteine für die Medizin - Proteine/Enzyme für Technik, Haushalt und Lebensmittel - Antikörper - katalytische Antikörper - Vaccine, DNA-Vaccine und Gentherapie Zell Engineering für verbesserte Proteinproduktion - Stämme für verbesserte Proteinfaltung - Glycosyl-Engineering Analytika und Diagnostika - Reportersysteme - In situ Monitoring (Umweltanalytik) Biosicherheit - Nationale und internationale gesetzliche Regelungen - Sicherheitsbeurteilung - Organisatorisch-technische Sicherheitsmaßnahmen Besuch einer 2G - Bioraffinerie vom 20.11. - 21.11.2017 nach Straubing

Protein Engineering - Allgemeine Grundlagen und Konzepte - Rationales Design - Directed/designed Evolution - Screening Methoden für Enzyme - Beispiele für Enzym-Engineering - Antibody Engineering Metabolic Engineering - Grundlegende Konzepte der Stammentwicklung für Metabolitproduktion - Analyse von metabolischen Flüssen und Engpässen - Produktion von Primärmetaboliten (org. Säuren, Aminosäuren, Aroma- und Farbstoffen, etc.) - Produktion von Sekundärmetaboliten (Antibiotika, etc.) - Produktion von Biopolymeren (Polysaccharide, Polyhydroxyalkanoate, etc.) - Biodegradation und Bioremmediation (Xenobiotika, Aromaten, etc.) Systembiologie – Systembiotechnologie - Grundlegende Konzepte der Modellierung von Biosystemen - „Omics“ – gesamtsystemerfassende Analysen (Genomics, Transcriptomics, Proteomics, Metabolomics, …) Transgene Pflanzen Prinzipien der Herstzellung von transgenen Pflanzen - Lebensmittelproduktion - Wirkstoffe und Nutrazeutika - Nachwachsende Rohstoffe und Energie Transgene Tiere Prinzipien der Herstellung von transgenen Säugetieren - Wirkstoffproduktion - Modelle für Humankrankheiten - Humanisierte Organe - Xenotransplantation

Einführung in die Bioinformatik: Herausforderungen der Bioinformatik, Homologiesuche, Alignments, Proteinstrukturvorhersage, Genomanalyse, Gene-Finding, integrative Datenanalyse; Grundlagen der Informatik: Grundlegende Informatikkonzepte, Algorithmen, Rechenzeiten, Hardware, Software, Betriebssysteme, Datenbanken; Internetressourcen: Internet Ressourcen der Molekularbiologie; Biologische Datenbanken: Genbank, NCBI, PubMed, SWISS-PROT, ENSEMBL, Strukturdatenbanken, spezielle Datenbanken, Sequenzübereinstimmung und Datenbankanalyse; Biologische Sequenzanalyse: Frequenzanalyse, Homologiebestimmung mittels paarweise Alignments, Datenbanksuche, Multiple Alignments, Identifikation spezifischer Bereiche in Nukleinsäuresequenzen, Gene-Finding, Analyse von Proteinsequenzen, Genomanalyse; Gendesign: Codon usage, Codon bias, Codon Pair bias, bioinformatische Anwendungen Genexpressions Microarrays: Technologie, Datenanalyse Clustering, Datenreduktion, Klassifikation und Enrichment Analyse: Hierarchisches Clustering (HCL), k-means Clustering, Self Organising Maps (SOM), Principal Component Analyse (PCA), Korrespondenz Analyse (CA), Support Vektor Machinen (SVM) Gene Set Enrichment Analyse (GSEA), Overrepresentation Analysis (ORA); Next generation sequencing: Technologien and ihre Eigenschaften, Anwendungen (Genom Sequenzierung und Annotation, Re-Sequenzierung, Transkriptom Analyse, RNA-seq, ChIP-seq, Metagenome / Microbiom Charakterisierung);

Durch eine Explosion der Daten in Proteinstruktur und -Sequenzdatenbanken ergibt sich durch rationales Design und "in vitro"-Evolution von Proteinen ein enormes Potential für neue Anwendungen von Proteinen und für eine starke Verkürzung der Entwicklungszeiten von Proteinen für medizinische und technische Anwendungen. In Form einer Vorlesung sollen im ersten Teil der Lehrveranstaltung die theoretischen Grundlagen zur molekularen Charakterisierung von Enzymen und des Proteinengineerings vermittelt werden. Im zweiten Teil der Vorlesung werden dann anhand von eigenen Beispielen aus dem Kompetenzzentrum Angewandte Biokatalyse und von anderen Forschungsarbeiten Strategien zum Protein-Engineering diskutiert.

Grundlagen der industriellen Biotechnologie. - Rekapitulation und Wiederholung von Lehrinhalten aus der Vorlesung Biotechnologie (CHE.156UF) - Einführung bzw Wiederholung von Konzepten der Biokatalyse, Organische Chemie, Analytik von Proteinen und kleinen Molekülen, Molekulare Biotechnologie - Real-life Fragestellungen aus der Industrie an die Forschung anhand konkreter Beispiele - Der Weg vom Labor bis zur Produktion Im Zuge der Beispiele sollen folgende Aspekte tiefer beleuchtet werden: - Engineering von Biokatalysatoren (Enzyme, Zellen, Immobilisierung) -hochwertige/niedrigvolumige Produkte verglichen mit niederwertigen/hochvolumigen Produkten (z.B. Kosten, Ausbeuten, Reinheit) - Green Chemistry (Sind alle Bio-verfahren grün? Kann ‚greenness‘ quantifiziert werden?) - ethische, gesellschaftliche und rechtliche Aspekte (z.B. Genmanipulation, ‚natürliche‘ Inhaltsstoffe, Arbeitssicherheit, Patentsituationen)

Zellulärer Aufbau, Metabolismus und Stofftransport Gezielte Modifikation dieser Zelleigenschaften in biotechnologischen Anwendungen

Grundlagen des Zellmetabolismus, Regulation von Stoffwechselwegen, Metabolische Netzwerk- und Flussanalysen, Metabolische Kontrollanalyse, ausgesuchte Fallstudien