Forschung

Das Projekt "Flammschutzbehandlung von Holz mittels superkritischem CO2" (Projektnummer FO999903628) beabsichtigt im Rahmen der FFG-Förderschiene Bridge gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Wood KPlus sowie den Firmenpartnern NATEX (Österreich) und Fritz Kohl GmbH & Co. KG (Deutschland) die Imprägnierung von technischen Furnieren mit Hochleistungs-Flammschutzmitteln (FSM) unter Nutzung von überkritischem CO2 als Trägermedium zu untersuchen. Ziel ist die Verwendung dieser Furniere im Flugzeug-, Automobil- und Schiffbau. Im Rahmen des 3-jährigen Projektes werden in die F&E-Arbeiten in 4 zentralen Arbeitspaketen durchgeführt (neben den APs Management und Dissemination). Basierend auf einer umfassenden Literaturstudie (AP 2) zu P- und N-haltigen Hochleistungs-Flammschutzmitteln, deren Löse- und Transportverhalten in scCO2 sowie der Option zur Einführung von reaktiven Ankergruppen zur chemischen Fixierung in Holz ist eine Auswahl an FSM für die weiteren Arbeiten in AP 3-5 zu treffen. Für diese Verbindungen werden in AP 3 Untersuchungen zum Löslichkeits- und Transportverhalten in scCO2 durchgeführt. Diese Arbeiten erlauben die Identifizierung von besonders aussichtsreichen FSM und Imprägnierbedingungen (p, T, Entspannungsregime). In der Folge werden Versuche zur Imprägnierung von Holzfurnieren, technischen Furnieren und kleinen Massivholzproben durchgeführt um den Beladungserfolg qualitativ und quantitative zu bewerten. Entsprechend werden diese Versuche durch eine umfassende Analytik begleitet, die dem Nachweis der Homogenität der Beladung, dem Beladungsgrad sowie dem Einfluss der Behandlung auf wesentliche Materialeigenschaften dient. Durch Daten aus diesen Experimenten können wichtige Rückschlüsse auf die Verbesserung der Prozessführung gewonnen werden. Schließlich sollen in AP 5 für ausgewählte Proben flammschutzrelevante, mechanische, olfaktorische, morphologische und colorimetrische Parameter erhoben werden um abschließend die Praxistauglichkeit einer scCO2-gestützen Imprägnierung von Holzfurnieren sowie die Übertragung auf Massivholz zu bewerten.

Das HistoGenes Projekt verbindet Historiker*innen, Archäolog*innen, Gentetiker*innen, Anthropolog*innen und Spezialist*innen in Bioinformatik, Isotopenanalyse und anderen wissenschaftlichen Disziplinen. Das gemeinsame Ziel ist es Migrationsbewegungen im Karpatischen Becken nach dem Zusammenbruch des Römischen Reichs 400-900 anno domini zu untersuchen. www.histogenes.org Das Institut für Analytische Chemie (IAC) der BOKU wird dabei Analysen von Isotopenverhältnissen n(87Sr)/n(86Sr) des natürlichen Elements Strontium und Multi-Elemenentmuster in Zähnen von Individuen von geborgen in österreichischen Gräberfeldern durchführen. Weiters, wird das IAC mit anderen Projektpartner*innen an der Interpretation der Daten arbeiten. Dies geht nur im Team, da die Ausgrabungsstelle keine Auskünfte über den konkreten Lebensort der damaligen Menschen gibt. Die dadurch erlangten Informationen sollen helfen zu verstehen, welche Menschen lokal und welche nicht lokal waren. Dies wiederum ermöglicht Rückschlüssen über Bewegungen von Menschen in einer für Europe entscheidenden historischen Periode.

Breiterer Forschungskontext: Von den fünf menschlichen Hämperoxidasen, deren Entwicklung sehr unterschiedliche Funktionen erfüllt, ist die Schilddrüsenperoxidase (TPO) die am wenigsten gut untersuchte. Das Multidomänen-Membranprotein katalysiert die Biosynthese von Schilddrüsenhormonen, die für Stoffwechsel, Wachstum und Entwicklung des menschlichen Körpers unerlässlich sind. Durch den Einsatz von Wasserstoffperoxid katalysiert TPO die Jodierung und Kopplung von Tyrosinresten auf der Oberfläche von Thyreoglobulin (TG) in der Schilddrüse. Allerdings gibt es offene Fragen zur Substratselektivität, den biochemischen Eigenschaften, dem Kopplungsmechanismus und den Rollen der einzelnen Domänen. Entscheidend ist, dass TPO der Kern zweier autoimmuner Schilddrüsenerkrankungen ist, an denen zusammen fast 150 Millionen Menschen leiden. Die einzigen beiden klinisch zugelassenen TPO-Hemmer sind jedoch nicht spezifisch. Ziele: Dieses Projekt wird die biochemischen und strukturellen Eigenschaften von TPO aufklären. Die Hauptziele sind (I) das Verständnis der Kinetik und Substratspezifität von TPO, (II) die Bereitstellung von Strukturdaten von TPO allein und relevanten Ligationszuständen und (III) die Klärung der Wirkungsweise von TPO-Inhibitoren. Ansatz: In Vorarbeiten wurde ein Expressions- und Reinigungsprotokoll für verkürzte TPO-Varianten erstellt. Wichtig ist, dass festgestellt wurde, dass es möglich ist, den Häm-Cofaktor auch nach der Reinigung wiederherzustellen und zu verknüpfen, wodurch hochreines und enzymatisch aktives rekombinantes TPO entsteht. Dies ermöglicht die erste detaillierte spektroskopische, thermodynamische und strukturelle Untersuchung des Enzyms. Dazu gehört eine Analyse der Reaktionskinetik von TPO mit einer Reihe von Methoden, einschließlich Stopped-Flow-UV-Vis-Spektroskopie für prästationäre Kinetiken, Analyse der Wechselwirkung mit kleinen Molekülen (z. B. Inhibitoren, Liganden) und TG mit Thermodynamik und Masse spektroskopische Untersuchungen. Schließlich zielt dieses Projekt darauf ab, die Röntgenkristallstruktur von TPO allein und im Komplex mit biologisch relevanten Substraten, Liganden und Inhibitoren aufzuklären. Maß an Originalität: TPO ist entscheidend für die Biosynthese von Schilddrüsenhormonen. Bisher sind jedoch nur wenige biochemische und strukturelle Daten verfügbar, die (I) keine klare Erklärung der Struktur-Funktions-Beziehung der Architektur des aktiven Zentrums und der TPO-Reaktivität, (II) der Rolle der zusätzlichen TPO-Domänen und (III) ermöglichen ) das Design neuer, spezifischerer Inhibitoren. Ziel dieses Projekts ist es, eine vollständige enzymatische und strukturelle Charakterisierung von TPO bereitzustellen, um diese Probleme anzugehen. Beteiligte Primärforscher: Vera Pfanzagl schloss 2019 das internationale PhD-Programm BioToP an der BOKU ab. Sie arbeitete hauptsächlich an Struktur-Funktions-Beziehungen von Häm-Enzymen und konzentrierte sich während ihres Postdocs auf menschliche Häm-Peroxidasen. Im Rahmen dieses Stipendiums strebt sie die Habilitation an, um ihre akademische Karriere voranzutreiben. Unterstützt und gecoacht wird sie von Kristina Djinovic-Carugo, einer anerkannten Expertin für Strukturbiologie und Leiterin des EMBLE Grenoble, und Chris Oostenbrink (Professor an der BOKU), einem Experten für molekulare Modellierung und Simulation.