Forschung

Die Molekularinformatik hat sich in den letzten Jahren von einer Nischendisziplin zu einer treibenden Kraft der Erforschung und Entwicklung funktioneller kleiner Moleküle wie Medikamente und Agrochemikalien entwickelt. Fortschrittliche Algorithmen sowie leistungsstarke Computerhardware eröffnen beispiellose Möglichkeiten für das gezielte Design sicherer und wirksamer kleiner Moleküle. Das volle Potenzial computergestützter Methoden in den Biowissenschaften ist jedoch noch lange nicht ausgeschöpft. Einer der Hauptgründe für diese Situation ist die Tatsache, dass die leistungsstärksten Technologien in der Molekularinformatik, insbesondere im maschinellen Lernen und in der Simulation, auf die Verfügbarkeit erheblicher Mengen qualitativ hochwertiger Daten für Entwicklung und Validierung angewiesen sind. Trotz kürzlich gestarteter Initiativen zur Förderung der gemeinsamen Forschung und des Lernens bleibt die überwiegende Mehrheit hochwertiger chemischer, biologischer und struktureller Daten hinter Unternehmens-Firewalls und unzugänglich für die Forschung durch Experten in der Wissenschaft. Diese Initiative für das Christian-Doppler-Labor für Molekularinformatik in den Biowissenschaften zielt darauf ab, die Grenzen des maschinellen Lernens und der Molekulardynamik-Simulationstechnologien für die Vorhersage der Bioaktivität kleiner Moleküle zu erweitern, indem sie drei akademische Experten-Forschungsgruppen der unterstützt mit Big Data zu den chemischen und biologischen Eigenschaften kleiner Moleküle und mit erheblichen Kapazitäten für experimentelle Tests und Methodenvalidierung. Die einzigartige Synergie, die durch dieses Konsortium generiert wird, ergibt sich aus zwei wichtigen Faktoren: Erstens haben die beiden Industriepartner dieses Konsortiums ein starkes Interesse an der Cheminformatik, aber ihre Geschäftsbereiche stehen nicht in Konkurrenz zueinander. Zweitens, und aus wissenschaftlicher Sicht sehr wichtig, konzentrieren sich diese Industriepartner auf unterschiedliche Bereiche der Chemie, was Wissenschaftlern eine einzigartige Gelegenheit eröffnet, die Kapazität und Anwendbarkeit von In-Silico-Methoden mit einzigartig vielfältigen, hochwertigen Daten zu verbessern.

Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem wir recyceltes Holz, das meist verunreinigt ist, in größerem Umfang verwenden müssen, weil in der EU ein Mangel an Rohholz herrscht. Gleichzeitig fallen in den Zellstofffabriken große Mengen an Lignin an, das jedoch hauptsächlich für Energiezwecke verwendet wird. LignoMBB bringt eine Technologie für die Herstellung von Biokompositen auf Myzelbasis (MBB), bei der recyceltes Holz dekontaminiert wird. Zweitens verwendet LignoMBB Lignin, das derzeit hauptsächlich für Energiezwecke genutzt wird und als Neben- oder Abfallprodukt gilt, um ein besseres Myzelwachstum auf dem entwickelten Substrat zu erreichen. Ich bin der erste, der vorschlägt, das Substrat für die Herstellung von MBB mit Lignin anzureichern, da ich davon ausgehe, dass die Zugabe von Lignin zu besseren mechanischen Eigenschaften der MBB führen wird.LignoMBB entwickelt Werkstoffe ausschließlich aus recyceltem Holz und Lignin, d. h. es werden keine landwirtschaftlichen Reststoffe verwendet, wie es derzeit üblich ist, und die Ernährungssicherheit wird nicht gefährdet. Gleichzeitig findet es Anwendung für große Mengen an kontaminiertem Altholz, das derzeit in den Verkehr gelangt. Mein erstes Ziel ist es, eine Technologie zur stofflichen Nutzung von Lignin und eine Technologie zur Substitution von landwirtschaftlichen Reststoffen in MBBs durch Lignin und Recyclingholz zu entwickeln. Anschließend werde ich die Fragen beantworten: In welchem Umfang wird zusätzliches Lignin in MBB von Pilzen verzehrt? Wo liegen die Grenzen der Substratanreicherung durch Lignin? In Übereinstimmung mit dem zweiten Ziel werde ich ein neuartiges MBB entwickeln, das in strukturellen Anwendungen eingesetzt werden kann. In verschiedenen Stadien des MBB-Zyklus werde ich die VOC-Emissionen messen, da ich die Hypothese vertrete, dass der MBB-Produktionsprozess als Bioremediation fungieren kann und die VOC-Emissionen von Materialien verringert. LignoMBB wird an der BOKU in der Bio-Resources & Technologies Tulln Gruppe implementiert, wo der Schwerpunkt auf dem Cradle-to-Cradle Design liegt, und bringt dieser Gruppe Methoden der Dekontamination von Recyclingholz und der Produktion von vollständig abbaubarem MBB.

Das Hauptziel des GreenChar-Projekts ist die Untersuchung der Möglichkeiten zur Verbesserung des Mikroklimas in den Regionen Trnava und Wien, um die Bildung von städtischen Wärmeinseln zu verhindern und sich besser an die Auswirkungen des Klimawandels anzupassen. Begrünte Dächer als Teil der grünen Infrastruktur in Städten verbessern die Rückhaltung von Regenwasser und verringern die Auswirkungen städtischer Hitzeinseln und tragen damit zur Abschwächung der Auswirkungen des Klimawandels bei. Das GreenChar-Projekt kombiniert detaillierte Analysen der Eigenschaften von Biokohle, die aus Klärschlamm als innovativem Ausgangsstoff zur Verbesserung der Eigenschaften von Dachsubstraten hergestellt wird, wobei der Schwerpunkt auf der Erhöhung der Wasserrückhalte­kapazität liegt, mit Untersuchungen der Umweltauswirkungen der verbesserten Substrate (Auswaschung von Nährstoffen und Metallen, mikrobielle Vielfalt, Pflanzenstress, …) unter Verwendung von Versuchsdächern und Dachlysimetern. Letztere ermöglichen die Überwachung der Prozesse im komplexen System Substrat-Wasser-Pflanze. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Auswahl geeigneter Pflanzen für extensive Dachbegrünungen im mitteleuropäischen Stadtklima mit einem hohen Maß an Ökosystemleistungen und Mehrwert. Im Rahmen des Projekts werden auf beiden Seiten der Grenze bei den Projektpartnern drei experimentelle Gründächer errichtet, die mit Sensoren für die Messung von Umweltdatenausgestattet sind. Für die Verbreitung der Ergebnisse und die Kommunikation mit der Zielgruppe (Einwohner und Besucher der SK-AT-Grenzregionen) werden ein modulares Gründach beim slowakischen Partner und ein ebenso einzigartiger mobiler Ausstellungsraum MUGLI auf beiden Seiten der SK-AT-Grenze genutzt. Das Projekt leistet einen wichtigen Beitrag zum Thema Handhabung und Behandlung von Klärschlamm als Reststoff und Ressource.