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Dr. Franziska Lederer
Former Marie Curie Fellow
Biotechnology Group

Email: f.lederer@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2051, 3602

This project has received funding by a Marie Curie International Outgoing Fellowship from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no 623744.

MinePep - Aufbau einer neuartigen Technologieplattform für die biobasierte Mineralverarbeitung

Entwicklung von Peptiden als Mittel zur Separation von Seltenen Erdmineralen durch Bioflotation

Prinzip des Phage Display zur Identifizierung von anorganischen Bindepeptiden. A) Die Peptidbibliothek (2.7x109 verschiendene Peptidsequenzen). B) Bindung von Phagen-expremierter Peptidbibliothek an anorganische Partikel. C) Nicht-bindende und schwach interagierende Phagen werden entfernt. D) Stark gebundene Phagen werden eluiert mittels chemischer oder mechanischer Elution.
Prinzip des Phage-Surface-Display zur Identifizierung von anorganischen Bindepeptiden. A) Die Peptidbibliothek (2.7x109 verschiendene Peptidsequenzen). B) Bindung von Phagen-expremierter Peptidbibliothek an anorganische Partikel. C) Nicht-bindende und schwach interagierende Phagen werden entfernt. D) Stark gebundene Phagen werden eluiert mittels chemischer oder mechanischer Elution. Foto: Franziska Lederer

Verfahren für das Recycling von Hochtechnologie-Metallen sind  bisher kaum verfügbar oder sehr ineffizient. Deshalb sind innovative Forschungsideen gefragt. Biobasierte Methoden, wie zum Beispiel die Bioflotation, sind solche neuartigen Ansätze, die zu einem effizienten Recycling beitragen könnten. Im MinePep-Projekt (2015-2017) wurde deshalb ein innovatives und sauberes Verfahren für die Rückgewinnung von Wertmetallen aus primären und sekundären Rohstoffen entwickelt. Dabei werden spezielle Peptide für den Einsatz als Reagenzien in Flotationsprozessen hergestellt und angewendet. Im Mittelpunkt steht dabei vor allem die Rückgewinnung von Seltenen Erdelementen (REE) aus Elektroschrotten.

Heransgehensweise

Im MinePep-Projekt wurde zur Peptidselektion das sogenannte Phage-Surface-Display genutzt. Hierbei wurden aus einer Bibliothek von Bakteriophagen-Partikeln mit speziellen Peptiden an der Oberfläche solche Phagen selektiert, die spezifisch an bestimmte Oberflächen binden. Die Phagen-Partikel, die die höchste Zielobjektspezifität aufwiesen, wurden genauer untersucht, modifiziert und vermehrt, um sie später in Flotationsverfahren einsetzen zu können.

Die mikroskopischen Bilder zeigen die Wechselwirkung von Phagenpartikeln mit Mineralien. Abb. A-C stellt LaPO4:Ce,Tb (LAP) spezifische Phagen dar, die mit hoher Affinität zu LAP-Partikeln binden. Abb. D-D zeigen Wildtyp-Phagen ohne LAP-Affinität und Abb. G-I zeigen eine Mischung aus SiO2 und LAP nach Kontakt mit LAP spezifischen Phagenpartikeln. Grün: Fluoreszenz von LAP (FITC Filter); rot: phagenspezifische Antikörper mit Alexa 594 markiert (TRITC Filter)

Die mikroskopischen Bilder zeigen die Wechselwirkung von Phagenpartikeln mit Mineralien. Abb. A-C stellt LaPO4:Ce,Tb (LAP) spezifische Phagen dar, die mit hoher Affinität zu LAP-Partikeln binden. Abb. D-D zeigen Wildtyp-Phagen ohne LAP-Affinität und Abb. G-I zeigen eine Mischung aus SiO2 und LAP nach Kontakt mit LAP spezifischen Phagenpartikeln. Grün: Fluoreszenz von LAP (FITC Filter); rot: phagenspezifische Antikörper mit Alexa 594 markiert (TRITC Filter)

Foto: Franziska Lederer

Als Schwerpunkt wurden Phagenpeptide mit hoher Affinität für die Verbindungen LaPO4:Ce,Tb und CeMgAl1O19:Tb selektiert und untersucht1,2,3. Diese Stoffe sind Hauptkomponenten des Lampenpulvers in Energiesparlampen. Die entwickelten Peptide könnten zur Rückgewinnung dieser Seltenen Erd-Verbindungen angewendet werden. So sollen peptidbasierte Bioflotationsprozesse entwickelt werden, die eine Auftrennung der Partikel ermöglichen.

Gastgeber im ersten Jahr waren zwei Institute an der Universität von British Columbia, die einen interdisziplinären Ansatz entwickelt haben, bei dem sie klassische Mineralverarbeitungstechniken mit moderner Molekularbiologie kombiniert haben. Gastgeber im zweiten Jahr war das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.


Ausgewählte Publikationen

  • 1Curtis, S.; Lederer, F. L.; Dunbar, S. W.; Macgillivray, R. T. A.
    "Identification of mineral-binding peptides that discriminate between chalcopyrite and enargite.", Biotechnology and Bioengineering, 2017
    DOI-Link: 10.1002/bit.26218
  • 2Lederer, F. L.; Curtis, S. B.; Bachmann, S.; Dunbar, S. W.; Macgillivray, R. T.
    "Identification of lanthanum-specific peptides for future recycling of rare earth elements from compact fluorescent lamps.", Biotechnology and Bioengineering, 2017
    DOI-Link: 10.1002/bit.26240
  • 3Lederer, F. L.; Curtis, S.; Dunbar, S. W.; Macgillivray, R. T. A.
    "Neue Wege zum Recycling von Seltenen Erden", Chemie Ingenieur Technik, 2016
    DOI-Link: 10.1002/cite.201650149