Nachwuchsforschergruppe Pep2Rec

Pep2Rec ist eine Nachwuchsforschungsgruppe, die sich der Entwicklung eines innovativen, peptidbasierten Trennsystems zur Rückgewinnung von Palladium aus der chemisch-pharmazeutischen Industrie widmet.

Ziel ist es, Palladium aus komplexen Synthesegemischen – insbesondere aus organischen Reaktionssystemen – selektiv zu isolieren. Hierfür werden maßgeschneiderte, hochaffine Peptide entwickelt, die gezielt Palladium binden und auf funktionalisierten Membranen immobilisiert werden. Diese Kombination ermöglicht eine selektive Abtrennung und perspektivisch eine Rückführung des Metalls in den Stoffkreislauf.

Palladium ist ein kritischer Rohstoff, dessen Rückgewinnung aus sekundären Quellen bislang technisch anspruchsvoll, energieintensiv und oft wenig selektiv ist. Pep2Rec verfolgt daher einen neuartigen biotechnologischen Ansatz, um diese Herausforderung effizienter und nachhaltiger zu adressieren.

Die Forschungsgruppe ist aus der Helmholtz-Nachwuchsgruppe BioKollekt hervorgegangen und baut auf langjähriger Expertise in der biotechnologischen Entwicklung von Verfahren zur Rohstoffrückgewinnung auf.

Pep2Rec wird im Rahmen des Förderprogramms „Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie“ des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert und trägt zur Umsetzung der Nationalen Bioökonomiestrategie bei. Im Fokus stehen innovative Recyclingansätze zur Schließung von Stoffkreisläufen sowie zur Steigerung von Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit.

Ziele der Forschung

• Entwicklung einer nachhaltigen Technologie zur selektiven Rückgewinnung von Palladium aus komplexen chemischen Syntheseprozessen
• Aufbau peptidfunktionalisierter Membransysteme zur effizienten und selektiven Palladiumabtrennung
• Entwicklung und Screening umfangreicher Peptidbibliotheken mittels erweiterter Phage-Surface-Display (PSD)-Technologien in Kombination mit Next-Generation-Sequencing (NGS)
• Identifizierung von Peptiden, die auch unter realen, komplexen und teilweise organischen Reaktionsbedingungen selektiv Palladium binden
• Kombination experimenteller Screeningmethoden mit rationalem in silico Design zur gezielten Optimierung von Peptidsequenzen
• Einsatz von Molekulardynamik-Simulationen und perspektivisch KI-gestützten Ansätzen zur Vorhersage und Verbesserung von Metall-Peptid-Wechselwirkungen
• Entwicklung skalierbarer biotechnologischer Produktionsprozesse für metallbindende Peptide (vom Labormaßstab bis hin zu relevanten Prozessvolumina)
• Integration der Peptide in funktionale Trennsysteme und Demonstration der Anwendbarkeit in realen industriellen Prozessströmen
• Durchführung von Lebenszyklusanalysen (LCA) zur Bewertung ökologischer und ökonomischer Vorteile gegenüber bestehenden Technologien
• Beitrag zur Entwicklung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft für kritische Rohstoffe

Team

Unser interdisziplinäre Team vereint Expertise aus Biologie, Biotechnologie, Umwelttechnik und Prozessmodellierung und arbeitet an der Entwicklung neuer Ansätze zur nachhaltigen Rückgewinnung kritischer Rohstoffe.

Dr. Nora Schönberger - Leiterin der Nachwuchsforschungsgruppe Pep2Rec

Dr. Nora Schönberger ist Biologin mit Schwerpunkt in molekularer Biologie und Biochemie. Ihre Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung und funktionelle Charakterisierung metallbindender Peptide sowie deren Anwendung in der Rohstoffrückgewinnung. Im Rahmen von Pep2Rec verantwortet sie die wissenschaftliche Gesamtleitung, die Entwicklung neuer Peptidbibliotheken sowie die strategische Weiterentwicklung des biotechnologischen Ansatzes zur selektiven Palladiumrückgewinnung.

Dr. Patrick Giefer - Postdoktorand

Dr. Patrick Giefer ist Umweltingenieur und arbeitet an der Schnittstelle von numerischer Modellierung und molekularem Design. Im Projekt entwickelt er computergestützte Strategien zur Vorhersage und Optimierung metallbindender Peptide. Sein Fokus liegt auf dem Aufbau von Modellierungs- und Simulationspipelines, die eine gezielte Auswahl vielversprechender Peptidsequenzen ermöglichen und experimentelle Ansätze ergänzen.

Gerda Techert - Doktorandin

Gerda Techert ist Biotechnologin mit Fokus auf Trennprozesse und deren technische Umsetzung. In Pep2Rec arbeitet sie an der Entwicklung und Integration peptidbasierter Trennverfahren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Immobilisierung von Peptiden auf geeigneten Trägermaterialien sowie der Überführung in funktionale Membransysteme für industrielle Anwendungen.

Angela Thewes - Wissenschaftliche Mitarbeiterin / Ingenieurin

Angela Thewes ist Biologin und spezialisiert auf biotechnologische Produktionsprozesse. Sie ist verantwortlich für die Entwicklung und Optimierung der rekombinanten Herstellung von Peptiden sowie deren Skalierung vom Labormaßstab hin zu größeren Volumina. Ihr Fokus liegt auf der Etablierung stabiler Produktionsprozesse und der Optimierung von Wachstums- und Expressionsbedingungen.

Oguzcan Ates - Doktorand

Oguzcan Ates ist Biotechnologe und arbeitet an der experimentellen Identifizierung palladiumbindender Peptide. Mithilfe von Phage Surface Display und Biopanning-Strategien selektiert und charakterisiert er Peptidsequenzen mit hoher Affinität und Selektivität gegenüber Palladium. Ziel seiner Arbeit ist es, geeignete Kandidaten für den Einsatz in Trennsystemen zu identifizieren.

Mutaz Alnaimat - Doktorand

Mutaz Alnaimat ist Bergbauingenieur und beschäftigt sich mit der Bewertung der entwickelten Prozesse aus ökologischer und ökonomischer Perspektive. Sein Schwerpunkt liegt auf der Modellierung von Peptidsynthese- und Trennprozessen sowie der Durchführung von Nachhaltigkeitsanalysen, insbesondere im Rahmen von Lebenszyklusanalysen (LCA).

Die Forschungsgruppe bietet zudem regelmäßig Praktika sowie Bachelor- und Masterarbeiten an. Studierende können dabei an aktuellen Forschungsprojekten mitarbeiten und praktische Erfahrungen im Bereich der Ressourcentechnologie sammeln.

Gefördert vom

Fördernummer: 031B1506