DE102022115465A1

DE102022115465A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem pflanzlichen Material

Info

Publication number: DE102022115465A1
Application number: DE102022115465.3A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Weber; Maria Rosanne Schmachtenberg; Mateo Carl Laskowski; Johannes Falkenstein
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: INM - LEIBNIZ-INSTITUT FUER NEUE MATERIALIEN G, DE
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-12-21
Also published as: WO2023247603A1

Abstract

Die Erfindung schlägt allgemein ein Verfahren (1) zur Herstellung eines Gegenstandes (2) aus einem pflanzlichen Material (3) vor, umfassend folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen (4) gentechnisch veränderter Mikroorganismen (5), wobei die gentechnische Veränderung (12) zur Überexpression von wenigstens einem Klebeprotein (6) führt; Vermengung (7), vorzugsweise Vermischen, des pflanzlichen Materials (3) mit den gentechnisch veränderten, vorzugsweise in einem Kulturmedium (11) gehaltenen, Mikroorganismen (5) zu einem Gemenge (8); Exprimieren des Klebeproteins (6); Aushärten (10) des Gemenges (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands aus einem pflanzlichen Material.
Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus pflanzlichen Materialen sind insbesondere aus der Möbel- und Bauindustrie bekannt. Häufig werden bei vorbekannten Verfahren kleinteilige, pflanzliche Ausgangsstoffe zu einem Gegenstand verbunden. Um die Ausgangsstoffe miteinander stoffschlüssig zu verbinden, werden insbesondere formaldehydhaltige Klebstoffe verwendet. Nachteilig hieran kann sein, dass das gesundheitsschädliche Formaldehyd aus den gefertigten Gegenständen abgegeben und durch Benutzer aufgenommen wird.
In anderen bekannten Verfahren werden Mikroorganismen, häufig Hefen oder andere Pilze, zur Fertigstellung von Gegenständen verwendet. Bei diesen Mikroorganismen handelt es sich zumeist um Wildtypen, also derartige Mikroorganismen, welche nicht gentechnisch verändert sind. Unter gentechnischer Veränderung ist hier vorzugsweise das Einbringen und/oder Veränderung zumindest einer Nukleinsäure(-sequenz) und die dauerhafte Erhaltung dieser wenigstens einen Nukleinsäure(-sequenz) im Genom eines Mikroorganismus zu verstehen. Allerdings können gentechnisch veränderte Mikroorganismen auch auf andere, dem Fachmann bekannte Weise hergestellt sein. Die Verwendung von Wildtypen bei bekannten Verfahren ist insofern nachteilig, als dass die Wildtypen meist über einen langen Zeitraum, häufig mehrere Tage, mit den kleinteiligen, pflanzlichen Ausgangsstoffen vermengt und inkubiert werden. Dies liegt zum einen daran, dass die Wildtypen häufig als Porenbildner verwendet werden, wodurch die Dichte eines zu fertigenden Gegenstandes verringert werden soll, und zum anderen daran, dass die Wildtypen zum Abbau von Anteilen des pflanzlichen Materials benutzt werden. Die Effizienz und Flexibilität von Wildtypen in der Herstellung von Substanzen, insbesondere zur Bearbeitung und/oder Fertigstellung von Gegenständen ist ebenfalls limitiert.
Die Erfindung betrifft ferner einen aus pflanzlichen Materialien hergestellten Gegenstand, welcher vorzugsweise monolithisch ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Herstellung des hierin beschriebenen und beanspruchten Gegenstandes.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung gentechnisch veränderte Mikroorganismen zur mikrobiellen Herstellung eines Klebeproteins.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Herstellung von Gegenständen aus pflanzlichem Material zu verbessern.
Zur Lösung der genannten Aufgabe sind erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst: Bereitstellen gentechnisch veränderter Mikroorganismen, wobei die gentechnische Veränderung zur Überexpression von wenigstens einem Klebeprotein führt; Vermengung, vorzugsweise Vermischen, des pflanzlichen Materials mit den gentechnisch veränderten, vorzugsweise in einem Kulturmedium gehaltenen, Mikroorganismen zu einem Gemenge; Exprimieren des Klebeproteins; Aushärten des Gemenges. Durch das Bereitstellen gentechnisch veränderter Mikroorganismen kann wenigstens ein Klebeprotein hergestellt werden, was zum Verkleben von Anteilen des pflanzlichen Materials führt. Durch das exprimierte Klebeprotein können Anteile des Gemenges verkleben. Infolge der gentechnischen Veränderung wird beim Exprimieren des Klebeproteins dieses überexprimiert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann Klebstoff in Form eines mikrobiellen Klebeproteins frei von Schadstoffen, insbesondere Formaldehyd, hergestellt werden. Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellter Gegenstand kann somit umweltfreundlich und insbesondere recyclebar sein. Ebenso kann der Gegenstand verbrannt oder kompostiert werden, ohne dass gesundheitsschädliche Schadstoffe freigeben werden.
Die zuvor genannten Verfahrensschritte können zeitlich aufeinanderfolgend erfolgen, können jedoch auch gleichzeitig oder nicht aufeinanderfolgend erfolgen. Beispielsweise kann das Klebeprotein bereits überexprimiert werden, bevor das pflanzliche Material mit den gentechnisch veränderten Mikroorganismen vermengt wird. Ein Überexprimieren kann allerdings auch erst nach der Vermengung erfolgen.
Als gentechnisch veränderte Mikroorganismen können alle dem Fachmann bekannten Archaeen, Bakterien und/oder einzelligen Eukaryoten verwendet werden. Ebenso können Mycel-formende Pilze verwendet werden. Insbesondere können gentechnisch veränderte Stämme der Gattungen Escherichia, Bacillus, Caulobacter, Saccharomyces und/oder Sporosarcinia verwendet werden. Stämme insbesondere dieser Gattungen sind einfach gentechnisch zu verändern und zu kultivieren. Somit kann ein Verfahren besonders kostengünstig und angepasst sein.
Durch die Verwendung des mikrobiell hergestellten Klebeproteins kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell und kostengünstig sein. Da das Verfahren insbesondere dazu geeignet ist, für recyclebare, pflanzenbasierende Abfälle, wie beispielsweise Holzmöbel, verwendet zu werden, kann ein Gegenstand einen besonders guten ökologischen Fußabdruck haben.
Ein Klebeprotein kann insbesondere ein Protein sein, das homolog oder heterolog in den gentechnisch veränderten Mikroorganismen überexprimiert wird. Ein Klebeprotein kann insbesondere wenigstens eines der folgenden sein: MFP (mussel foot protein) und MFP-Fusionsproteine sowie Derivate davon, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohen Tyrosingehalt haben; Oberflächenproteine und/oder mikrobielle Oberflächenstrukturen, besonders bevorzugt Curli-Fasern, TasA und BslA von Bacillus subtilis und TasA-/ BslA-Homologe; synthetische Proteine, besonders bevorzugt ELPs (Elastinartige Polypeptide); faserartige Proteine sowie Polysaccharid- und Cellulose-bindende Proteine. Synthetische und/oder hybride Proteine, insbesondere Hybride aus den vorgenannten Proteinen, können auch als Klebeprotein Verwendung finden. Hierdurch kann eine Vielzahl an Klebeproteinen hergestellt werden. Somit kann vorteilhaft ein Klebeprotein für einen bestimmten gentechnisch veränderten Mikroorganismus ausgewählt werden, um durch diesen Mikroorganismus in ausreichenden Mengen hergestellt und ausgebildet (gefaltet) zu werden. Hierdurch kann die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders hoch sein.
Eine gentechnische Veränderung kann insbesondere eine wie eingangs beschriebene gentechnische Veränderung sein. Durch die gentechnische Veränderung kann gezielt ein Klebeprotein überexprimiert bzw. hergestellt werden. Durch die gentechnische Veränderung kann insbesondere das Klebeprotein nach technischen Bedürfnissen angepasst und/oder überexprimiert werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders variabel zur Herstellung von Gegenständen aus einem pflanzlichen Material verwendet werden.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen vor dem Bereitstellen vorkultiviert werden. Hierbei kann vorteilhaft das Klebeprotein vor der Vermengung hergestellt sein, sodass insbesondere das Verkleben des Gemenges besonders schnell durchgeführt werden kann. Hierdurch kann verhindert werden, dass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen unerwünscht pflanzliche Bestandteile des pflanzlichen Materials verstoffwechseln und die Qualität des Gegenstandes mindern.
Insbesondere können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen so kultiviert werden, dass eine Zellzahl der Mikroorganismen pro gewünschtem Volumen des Gemenges erreicht wird, welche ausreichend viel Klebeprotein zur Verklebung herstellt. Dabei können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen in einem Kulturmedium angezogen werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen in dem Kulturmedium gehalten und dem pflanzlichen Material zugegeben und vermengt werden. Somit kann die Lebensfähigkeit der gentechnisch veränderten Mikroorganismen und/oder die Überexpression des wenigstens einen Klebeproteins wenigstens aufrechterhalten werden. Somit können durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders effizient Gegenstände aus einem pflanzlichen Material hergestellt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass vor der Bereitstellung eine Aufkonzentrierung der gentechnisch veränderten Mikroorganismen und/oder der Klebeproteine durchgeführt wird. Die kann insbesondere durch Zentrifugation und/oder Filtration und/oder andere dem Fachmann bekannte Methoden durchgeführt werden. Durch die Aufkonzentrierung kann eine gewünschte Zellzahl an gentechnisch veränderten Mikroorganismen und/oder Klebeproteinen erreicht werden, sodass genügend Mikroorganismen und/oder Proteinmaterial zur Vermengung und Verklebung bereitstehen.
Es kann bei dem Verfahren ebenso vorgesehen sein, dass der Gegenstand nach der Aushärtung ausgearbeitet wird. Unter Ausarbeitung des Gegenstandes ist insbesondere zu verstehen, dass der Gegenstand geschliffen und/oder gebohrt und/oder gesägt und/oder gefräst und/oder verdübelt und/oder verschraubt und/oder verklebt und/oder beschichtet und/oder lackiert wird. Insbesondere wenn der Gegenstand nicht monolithisch ist, kann der Gegenstand nach der Aushärtung auch mit anderen Werkstoffen verbunden werden. Durch eine Ausarbeitung kann der Gegenstand optimal an seinen Verwendungszweck und/oder an Kundenwünsche angepasst werden.
Durch die genannten Verfahrensschritte und die damit einhergehenden Vorteile kann die Herstellung von Gegenständen aus pflanzlichem Material verbessert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die gentechnische Veränderung eine Gensequenz umfasst, welche für ein Klebeprotein kodiert. Eine derartige Gensequenz kann somit vorteilhaft in einen gentechnisch veränderten Mikroorganismus eingebracht sein, wodurch auch heterologe Überexpressionen in einem bestimmten gentechnisch veränderten Mikroorganismus ermöglicht werden. Ferner kann die Gensequenz regulatorische Elemente, beispielsweise Promotorelemente, aufweisen, die zur Überexpression des Klebeproteins verwendet werden. Vorteilhaft an Promotorelementen ist, dass diese auf bestimmte Stimuli reagieren können, wodurch die Überexpression eines Proteins reguliert wird. Somit kann durch Promotorelemente und die Verabreichung eines Stimulus, insbesondere wie nachfolgend beschrieben und/oder beansprucht, die Überexpression eines Klebeproteins und/oder einer wie hierin beschriebenen Substanz gesteuert werden.
Promotorelement können alle dem Fachmann bekannten Promotorelemente sein. Besonders bevorzugt werden Promotorelemente verwendet, welche insbesondere auf eine elektromagnetische Strahlung und/oder Zuckerderivate und/oder Primärmetaboliten und/oder Quorum-sensing-Substanzen und/oder Antibiotika und deren Derivate und/oder Wärmestrahlung reagieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Gemenge inkubiert wird. Somit können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen inkubiert werden, sodass vorteilhaft wenigstens ein Klebeprotein und/oder die hierin beschriebenen Substanzen überexprimiert werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gemenge während eines Teils oder während der gesamten Inkubationszeit mechanischem Druck ausgesetzt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Gemenge einem äußerem mechanischen Druck, insbesondere einem Pressdruck, ausgesetzt wird. Durch einen mechanischen Druck kann die Druckfestigkeit des herzustellenden Gegenstandes besonders hoch sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das pflanzliche Material als Trockenmasse bereitgestellt wird. Pflanzliches Material kann insbesondere zerkleinertes Holz und/oder Holzabfälle, beispielsweise Sägespäne, und/oder pflanzliche Fasern, beispielsweise Hanf, Flachs oder Bambus, sein. Durch die Verwendung einer Trockenmasse kann auf eine chemische Behandlung des pflanzlichen Materials, insbesondere Holz, verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Gemenge vor der Aushärtung eine Teigmasse bildet. Zur Bildung einer Teigmasse kann während des Vermengens dem pflanzlichen Material und den gentechnisch veränderten Mikroorganismen Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser oder das hierin beschriebene Kulturmedium zugeführt werden. Dabei wird vorzugsweise nur so viel Flüssigkeit dem Gemenge beigeführt, dass das Gemenge einen plastisch formbaren Zustand annimmt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine wie hierin beschriebene Ausformung des Gemenges durchgeführt werden soll.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Stimulus an die gentechnisch veränderten Mikroorganismen verabreicht wird, welcher die Überexpression des wenigstens einen Klebeproteins moduliert. Besonders bevorzugt kann ein Stimulus eine wie hierin beschriebene elektromagnetische Strahlung, insbesondere die zuvor genannte Wärmestrahlung, sein. Durch einen Stimulus kann gezielt die Überexpression des/der Klebeproteine moduliert werden, wodurch vorteilhaft beispielsweise eine lokale und/oder zeitliche Überexpression der Klebeproteine ermöglicht wird. Dadurch kann ein Gegenstand nach Belieben hergestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die gentechnische Veränderung auf einen Stimulus reagiert, welcher zur Überexpression des Klebeproteins führt. Das Verfahren kann dann insbesondere auch als weiteren Verfahrensschritt das Auslösen des Stimulus umfassen. Der Stimulus kann beispielsweise vor und/oder während der Vermengung oder auch zu einem anderen Zeitpunkt ausgelöst werden.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass mehrere Stimuli bei dem Verfahren verwendet werden, wobei jeder Stimulus zur Modulierung eines spezifischen Klebeproteins, bevorzugt die hierin beschriebenen, verabreicht werden kann. Somit können durch Verwendung unterschiedlicher Stimuli unterschiedliche Klebeproteine überexprimiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in einer Gussform eine Ausformung des Gemenges durchgeführt wird. Diese Gussform kann angepasst an die Form des herzustellenden Gegenstandes ausgebildet werden, beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren. Somit kann vorteilhaft bei einer Ausformung ein Gegenstand nach Wünschen eines Nutzers ausgeformt werden, wodurch das Verfahren geeignet ist eine Vielzahl an unterschiedlich geformten Gegenständen herzustellen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass während der Ausformung eine Inkubation der gentechnisch veränderten Mikroorganismen stattfindet. Hierdurch können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen während der Ausformung das wenigstens eine Klebeprotein überexprimieren. Dadurch können die Anteile des Gemenges besonders effizient verklebt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Inkubation der gentechnisch veränderten Mikroorganismen während der Ausformung bevorzugt kürzer als 48 Stunden andauert. Somit kann eine Ausformung bzw. Verklebung der Anteile des Gemenges schnell durchgeführt werden, wodurch ein Gegenstand in relativ kurzer Zeit gefertigt werden kann.
Ein Gegenstand kann in noch kürzerer Zeit gefertigt werden, wenn bei dem Verfahren vorgesehen ist, dass die Ausformung besonders bevorzugt kürzer als 24 Stunden, ganz besonders bevorzugt kürzer als 4 Stunden, andauert. Diese kurzen Inkubationszeiten bei der Ausformung erlauben einen höheren Durchsatz bei der Herstellung von Gegenständen.
Die Dauer der Inkubation während der Ausformung kann insbesondere dann auf weniger als 48, 24 oder 4 Stunden reduziert sein, wenn, wie zuvor beschrieben, die gentechnisch veränderten Mikroorganismen vor der Vermengung vorkultiviert werden und/oder wenn, wie nachfolgend beschrieben und beansprucht, durch das Auslösen des ersten und/oder eines oder des zweiten Stimulus die gentechnisch veränderten Mikroorganismen wenigstens eine Substanz ausbilden sollen. Hierdurch kann ein Verfahren bei hoher funktioneller Variabilität schnell und effizient ausgeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen vor der Ausformung bei einer ersten Inkubationstemperatur und während der Ausformung bei einer zweiten Inkubationstemperatur kultiviert werden. Hierdurch kann die Überexpression eines Klebeproteins, insbesondere vor der Ausformung, ganz besonders während der hierin beschriebenen Vorkultivierung der gentechnisch veränderten Mikroorganismen, verbessert werden.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass sich die erste und die zweite Inkubationstemperatur um mindestens 3°C, vorzugsweise um mindestens 12°C, voneinander unterscheiden. Somit kann eine optimale Temperaturdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Inkubationstemperatur realisiert sein, wobei die Überexpression des Klebeproteins noch weiter verbessert werden kann.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass die erste Inkubationstemperatur niedriger als die zweite Inkubationstemperatur ist. Die Erfindung hat nämlich erkannt, dass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen, insbesondere bei der hierin beschriebenen Vorkultivierung, besonders viel Klebeprotein herstellen. Hierdurch kann das Klebeprotein bereits vor der Vermengung in genügenden Mengen hergestellt werden, sodass ein Verfahren besonders schnell ausgeführt werden kann.
Ebenso kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Kultivierung während der Ausformung räumlich beschränkt ist. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die zweite Inkubationstemperatur nur an spezifischen Bereichen des herzustellenden Gegenstandes angewendet wird. Somit kann vorteilhaft die Überexpression eines Klebeproteins und/oder einer wie hierin beschriebenen Substanz und/oder das Wachstum und der Metabolismus der Mikroorganismen räumlich beschränkt sein. Hierdurch kann ein Gegenstand facettenreich ausgestaltet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass den gentechnisch veränderten Mikroorganismen wenigstens ein zweiter Stimulus verabreicht wird. Somit können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen mehr Moleküle eines Klebeproteins und/oder mehrere unterschiedliche Klebeproteine und/oder Klebeproteine und die hierin beschriebene Substanz bevorzugt gleichzeitig, insbesondere während der zuvor genannten Ausformung, herstellen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der erste und zweite Stimulus andersartig sind. Beispielsweise kann ein erster Stimulus die hierin beschriebene elektromagnetische Strahlung sein und ein zweiter Stimulus das zuvor genannte Zuckerderivat. Somit kann die Überexpression von Klebeproteinen und/oder Substanz auf unterschiedliche Weise angeregt werden, was beispielsweise dann vorteilhaft sein kann, wenn das Klebeprotein und eine wie hierin beschriebene Substanz, beispielsweise ein Färbemittel, zeitversetzt überexprimiert werden sollen.
Insbesondere kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass die zwei Stimuli zeitversetzt und/oder ortsversetzt verabreicht werden. Somit können Klebeproteine und/oder die hierin beschriebene Substanz zeitversetzt und/oder ortsversetzt überexprimiert werden, wodurch ein Gegenstand besonders facettenreich ausgestaltet werden kann.
Ferner kann der wenigstens eine Stimulus in und/oder an einer oder der hierin beschriebene Gussform verabreicht werden. Somit kann gewährleistet sein, dass der Stimulus alle, insbesondere auch die in den tieferen Lagen des Gemenges (also fernab einer Wandung der Gussform) befindlichen gentechnisch veränderten Mikroorganismen erreicht. Bevorzugt ist diese Ausführung vorgesehen, wenn der Stimulus die hierin beschriebene elektromagnetische Strahlung ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass durch das Auslösen des ersten und/oder eines oder des zweiten Stimulus die gentechnisch veränderten Mikroorganismen wenigstens eine Substanz ausbilden. Durch die wenigstens eine Substanz kann der Gegenstand bevorzugte Eigenschaften aufweisen. Eine nicht abschließende Beschreibung von Substraten und den damit einhergehenden Eigenschaften und Vorteilen lautet wie folgt:

Eine Substanz kann ein Substrat-crosslinker sein. Unter einem Substrat-crosslinker ist eine Substanz zu verstehen, welche insbesondere eine Quervernetzung zwischen Anteilen von dem pflanzlichen Material und/oder zwischen Anteilen und/oder weiteren Zusätzen des Gemenges hervorruft. Somit kann ein Gegenstand besonders stabil hergestellt werden.

Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Substrat-crosslinker ein Enzym und/oder eine Domäne eines Enzyms und/oder ein Epitop-Tag zur Quervernetzung von insbesondere Proteinen und/oder Kohlehydraten und/oder Fetten und/oder anderen Biomolekülen ist.
Beispielsweise kann vorteilhaft zur Quervernetzung von Proteinen und/oder Kohlehydraten eine Zellulose-binde-Domäne verwendet werden.
Beispielsweise kann vorteilhaft zur Quervernetzung von Proteinen das Enzym Transglutaminase verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann als Domäne eine dem Fachmann bekannte Coiled-Coil-Domäne verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann als Domäne eine dem Fachmann bekannte Tyrosinase mit der optionalen Zugabe von phenolischen Verbindungen verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann als Epitop-Tag ein dem Fachmann bekannter Spy-Tag/Spy-Tag-Catcher oder SnoopTag/SnoopCatcher verwendet werden.
Ferner kann eine Substanz ein Flammschutzmittel sein. Somit kann ein Verbrennen des Gegenstandes verhindert/verlangsamt werden. Durch die Verwendung eines Flammschutzmittels kann der Gegenstand auch brandschutztechnische Anforderungen, beispielsweise im Bau- und Verkehrswesen, sowie im Elektro-/Elektronik-Sektor erfüllen und dort eingesetzt werden.
Beispielsweise können vorteilhaft Proteine wie beispielsweise SR-proteine, Caseine und/oder Hydrophobine als Flammschutzmittel Verwendung finden. Diese Proteine können einfach durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen hergestellt und bereitgestellt werden.
Ferner kann eine Substanz ein Biomineralisator sein. Beispielweise kann in dem Verfahren durch die gentechnisch veränderten Mikroorganismen ein aus Korallen stammendes Protein, vorzugsweise Silicatein, durch die gentechnische Veränderung überexprimiert werden.
Alternative Biomineralisationsprozesse unter Verwendung der gentechnisch veränderten Mikroorganismen bei dem Verfahren sind auch denkbar, sodass eine Biomineralsation vorteilhaft durch Sporosarcinia pasteurii (mit Sand, Urea und Calcium) oder mit Escherichia coli (Hydroxyapatid-Mineralisierung) oder mit Cyanobakterien (mit Calcium) durchgeführt werden kann.
Ferner kann eine Substanz ein Imprägniermittel sein. Somit kann der Gegenstand wasserabweisend und länger haltbar sein. Insbesondere können die zuvor erwähnten Hydrophobine in dem Verfahren überexprimiert werden, wodurch gleichzeitig ein Imprägniermittel und ein Flammschutzmittel überexprimiert werden.
Ferner kann eine Substanz ein Färbemittel sein. Dieses Färbemittel kann insbesondere ein Enzym sein, das ein Edukt zu einem farblich erkennbaren Reaktionsprodukt umwandelt. Bevorzugte Enzyme, welche in dem Verfahren durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen gebildet werden können sind β-Galactosidasen, Glucuronidasen, Tyrosinasen und Enzyme zur Herstellung von Pigmenten, beispielsweise Violaceine.
Ferner kann eine Substanz ein Pestizid sein, wodurch vorteilhaft insbesondere Insekten (Insektizide), Bakterien (Bakterizide) und/oder Pilze (Fungizide) davon abgehalten werden können, den gefertigten Gegenstand zu beschädigen. Somit kann ein Gegenstand besonders langlebig, auch bei Benutzung in einem Außenbereich, ausgebildet sein.
Ferner kann eine Substanz ein hydrolytisches Enzym sein, wodurch das Gemenge und/oder ein räumlich begrenzter Bereich des herzustellenden Gegenstandes weich ausgestaltet werden kann. So kann vorteilhaft ein Gegenstand in einem räumlich begrenzten Bereich eine weichere (oder härtere) Ausgestaltung aufweisen als in seinen übrigen Bereichen.
Beispielsweise können Sporen von Bakterien, beispielsweise Sporen von Bacillus thuringiensis, überexprimiert und zur Bekämpfung von Termiten (Insektizid) verwendet werden.
Ferner kann eine Substanz ein Porenbildner sein. Insbesondere können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen insbesondere Enzyme exprimieren, wodurch durch insbesondere fermentative Prozesse Gase entstehen und freigesetzt werden können. Durch Gase können in dem Gemenge Poren ausgebildet werden, wodurch vorteilhaft die Dichte des herzustellenden Gegenstands verändert werden kann. Somit kann bei einem Verfahren die Dichte eines Gegenstands oder von Teilen des Gegenstandes vorteilhaft angepasst werden.
Bevorzugt können als Porenbildner Hefen, insbesondere Saccharomyces cerevisiae, und/oder Hefeprotein überexprimiert bzw. verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Bakterien verwendet und/oder bakterielle Proteine überexprimiert werden. Bevorzugt können Enzyme exprimiert werden, welche eine Decarboxylierung (Pyruvatdecarboxylase, Oxalatedecarboxylase) und/oder eine Redoxreaktion (Alkoholdehydrogenase, Formathydrogenase) katalysieren.
Es kann gesagt werden, dass bei einem Verfahren jede Substanz, insbesondere jedes Protein, das durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen überexprimiert werden kann und einen für den Gegenstand positiven Effekt erzielen kann, verwendet werden kann. So können weitere als Wirkstoff fungierende Proteine als Duftstoff; zum Abbau von Schadstoffen oder als Indikatorsubstanz für Schadstoffe, pH-Wert und Temperatur überexprimiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass dem Gemenge ein Polysaccharid zugeführt ist. Die Verwendung von Polysacchariden, vorzugsweise Stärke, kann die Verbindung und Verklebung der Anteile des Gemenges verbessern.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Gemenge ein Protein zugeführt ist. Dieses Protein kann eines der zuvor genannten Proteine sein, wodurch die Ausbildung bestimmter Eigenschaften und der damit einhergehenden Vorteile für den Gegenstand, insbesondere wie zuvor beschrieben, noch weiter verbessert werden können. Insbesondere kann das Protein ein Enzym, beispielsweise Transglutaminase, sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Proteingemisch, vorzugsweise Gluten oder Sojaprotein, dem Gemenge zugeführt werden. Insbesondere Gluten und Sojaprotein kann synergistisch zu dem hierin beschriebenen Klebeprotein Anteile des Gemenges verkleben, sodass ein Gegenstand mit einer besonders hohen Druckfestigkeit hergestellt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass dem Gemenge ein Triebmittel, insbesondere Backpulver, dem Gemenge zugeführt wird. Die Verwendung eines Triebmittels kann zur Veränderung der Dichte eines herzustellenden Gegenstandes verwendet werden. Insbesondere kann ein Triebmittel synergistisch zu den hierin beschriebenen Porenbildnern einen besonders positiven Einfluss auf die Dichte eines Gegenstandes haben. Somit kann ein Gegenstand, oder Abschnitte davon, besonders weich ausgebildet werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft bei Sitz- und/oder Liegemöbeln sowie Akustikpanelen der Fall sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Stimulus eine elektromagnetische Strahlung ist, und wobei die Auslösung der elektromagnetischen Strahlung zur Expression einer oder der hierin beschriebenen Substanz führt. Somit kann eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung, zum Auslösen der Überexpression einer oder der hierin beschriebenen Substanz verwendet werden. Vorteilhaft ist ferner, dass die elektromagnetische Strahlung durch eine Strahlungsquelle lokal, beispielsweise in einem speziellen Bereich der hierin beschriebenen Gussform, ausgelöst werden kann. So kann bei dem Verfahren eine lokale Überexpression einer Substanz (oder eines Klebeproteins) durchgeführt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Auslösung zur Expression eines oder des Substrat-crosslinkers und/oder des Flammschutzmittels und/oder des Biomineralisators und/oder als Imprägniermittels und/oder des Färbemittels und/oder des Pestizids und/oder des Porenbildners und/oder des hydrolytischen Enzyms durch die gentechnisch veränderten Mikroorganismen führt. Somit kann ein Gegenstand zumindest die bereits erwähnten Vorteile aufweisen, die mit der Expression des Substrat-crosslinkers und/oder des Flammschutzmittels und/oder des Biomineralisators und/oder als Imprägniermittels und/oder des Färbemittels und/oder des Pestizids und/oder des Porenbildners und/oder des hydrolytischen Enzyms einhergehen. Beispielsweise kann ein Gegenstand lokal verfärbt werden, wenn die exprimierte Substanz das oder ein Färbemittel ist. Somit kann vorteilhaft ein Gegenstand beispielsweise mit einem Schriftzug und/oder einem Logo versehen werden, was den Wiedererkennungswert eines Gegenstandes erhöhen kann.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein Zusatzstoff dem Gemenge beigefügt wird und durch das Färbemittel zu einem Farbstoff umgesetzt wird. Dieser Zusatzstoff kann ein wie zuvor beschriebenes Edukt sein. Dieses Edukt kann sodann durch ein durch die gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestelltes und wie hierin beschriebenes Färbemittel zu einem Farbstoff umgewandelt werden. Beispiele von Edukten können sein: chromogene Glykoside, beispielsweise X-Gal (5-Brom-4-chlor-3-indoxyl-β-D-galactopyranosid) oder isolierte Aminosäuren zur Synthese von Pigmenten, beispielsweise die Aminosäure Tyrosin zur Herstellung von Melanin.
Insbesondere kann ein Zusatzstoff synergistisch zu einzelnen Verfahrensprozessen wirken. So kann beispielsweise eine Färbung des Gegenstandes unter Verwendung des überexprimierten Enzymes Tyrosinase dadurch verbessert werden, in dem zusätzlich zu den in dem pflanzlichen Material vorhandenen Tyrosine weitere Tyrosine als Zusatzstoff bereitgestellt werden. Die Verwendung eines Zusatzstoffs kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine lokale Färbung, und keine vollumfängliche Färbung des Gegenstands, erreicht werden soll.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu den gentechnisch veränderten Mikroorganismen andersartige Mikroorganismen bereitgestellt werden. So können beispielsweise Wildtypen zusätzlich dem Gemenge beigefügt werden.
Vorzugsweise werden gentechnisch veränderte Mikroorganismen beigefügt. Diese zusätzlichen, gentechnisch veränderten Mikroorganismen können ein anderer Stamm als die obligatorisch dem Verfahren beigefügten, gentechnisch veränderten Mikroorganismen sein oder dem gleichen Stamm zugehörig sein, wobei die Andersartigkeit insbesondere bei letztgenanntem durch die gentechnische Veränderung realisiert ist. Die Verwendung zweier andersartiger, gentechnisch veränderter Mikroorganismen kann vorteilhaft dazu genutzt werden, um zwei oder mehr als zwei unterschiedliche Klebeproteine herzustellen. Denkbar ist auch die Herstellung von einem Klebeprotein und einer Substanz und/oder die Herstellung von wenigstens zwei unterschiedlichen Substanzen. Somit können mehrere Komponenten durch gentechnisch veränderte Mikroorganismen hergestellt werden, was besonders vorteilhaft zur Ausgestaltung eines Gegenstandes sein kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Aushärtung des Gemenges durch Zufuhr von Wärme ausgeführt wird. Eine derartige Aushärtung kann beispielsweise in einem Wärmeofen oder einem Mikrowellenofen durchgeführt werden. Hierdurch kann eine Aushärtung reguliert und besonders schnell durchgeführt werden.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Gemenge bei einer Temperatur zwischen 80°C und 200°C gebacken wird. Die Erfindung hat erkannt, dass eine Aushärtung in diesem Temperaturbereich besonders gut für die Qualität des Gegenstandes ist.
Alternativ oder zusätzlich sind zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß die Merkmale des nebengeordneten, auf einen Gegenstand gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Gegenstand der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Gegenstand nach einem Verfahren, wie es zuvor oder nachfolgend beschrieben und/oder nachfolgend beansprucht ist, hergestellt ist. Somit kann ein Gegenstand, bestehend aus pflanzlichem Material, hergestellt werden, welcher durch die Verwendung von mikrobiellem Klebeprotein frei von Schadstoffen wie Formaldehyd sein kann. Somit ist der erfindungsgemäße Gegenstand recycelbar und nicht gesundheitsschädlich, was besonders vorteilhaft ist.
Ferner kann der Gegenstand kostengünstig produziert werden, da er aus pflanzlichen Materialien, wie Holzspänen, und durch die mikrobiell hergestellten Klebeproteine ohne großen materiellen Aufwand hergestellt werden kann. Kostengünstig kann der Gegenstand auch sein, wenn er monolithisch ist. So kann der in einer Gussform, wie hierin beschrieben, ausgeformte und ausgehärtete monolithische Gegenstand ohne Verbindungsmittel, wie beispielsweise Schrauben und Scharniere, auskommen. Dadurch können Kosten weiter reduziert werden. Auch kann ein monolithischer Gegenstand optisch ansprechend sein.
Der Gegenstand kann auch eine besonders hohe Druckfestigkeit aufweisen, insbesondere, wenn der Gegenstand durch die Überexpression von mehreren Klebeproteinen und/ oder den hierin beschriebenen Substanzen und vorzugsweise unter Verwendung eines Proteingemischs, insbesondere Gluten, hergestellt wird.
Ferner kann der erfindungsgemäße Gegenstand besonders langlebig ausgebildet sein, insbesondere, wenn bei dem Verfahren ein Pestizid und/oder ein Imprägniermittel und/oder ein Flammschutzmittel überexprimiert wird.
Alternativ oder zusätzlich sind zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß die Merkmale des nebengeordneten, auf eine Anlage zur Herstellung des hierin beschriebenen und beanspruchten Gegenstandes gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei einer Anlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Anlage einen Inkubator und/oder Bioreaktor und eine Gussform zur Ausformung des Gegenstands aufweist. Ein Inkubator und/oder ein Bioreaktor umfassen alle dem Fachmann bekannten Vorrichtungen zur Kultivierung bzw. Inkubation von Mikroorganismen. Durch die erfindungsgemäße Anlage kann der hierin beschriebene Gegenstand besonders schnell und kostengünstig, insbesondere durch das hierin beschriebenen Verfahren, hergestellt werden.
Durch die Verwendung des Inkubators und/oder Bioreaktors können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen vorkultiviert, insbesondere wie zuvor beschrieben, werden. Somit kann ein oder das zuvor beschriebene Klebeprotein und/oder eine wie hierin beschriebene Substanz überexprimiert werden, bevor die gentechnisch veränderten Mikroorganismen mit dem pflanzlichen Material vermenget werden. Somit kann ein Verkleben der pflanzlichen Anteile besonders schnell durchgeführt werden.
Durch die Verwendung einer Gussform kann ein Gegenstand in einer beliebigen Form hergestellt werden. Vorteilhaft an der Gussform kann auch sein, dass, wie insbesondere vorgesehen sein kann, die Anlage ein vorzugsweise austauschbares Gerät zum Auslösen wenigstens eines Stimulus umfasst, wobei das austauschbare Gerät an oder in die Gussform befestigt ist. Somit kann das austauschbare Gerät, was beispielsweise die zuvor genannte Strahlungsquelle sein kann, nah an das Gemenge geführt sein, sodass der Stimulus auch in tiefere Lagen des in der Gussform befindlichen Gemenges dringen kann. Hierdurch kann der Stimulus überall oder lokal eine Überexpression des oder eines Klebeproteins und/oder einer hierin beschriebenen Substanz auslösen. Somit kann die Herstellung eines Gegenstandes besonders verbessert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Anlage eine Druckvorrichtung zur Ausübung des hierin beschriebenen oder eines mechanischen Drucks aufweist. Beispielsweise kann die Druckvorrichtung eine Presse sein, die vorzugsweise von außen mechanischen Druck auf die Gussform bzw. auf das Gemenge ausübt, insbesondere während das Gemenge inkubiert wird. Somit kann ein herzustellender Gegenstand besonders druckfest ausgestaltet sein.
Die Anlage kann ferner noch einen Wärmeofen und/oder einen Mikrowellenofen zur Aushärtung aufweisen, sodass eine Aushärtung und Fertigstellung des Gegenstandes schnell durchgeführt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich sind zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß die Merkmale des nebengeordneten, auf eine Verwendung von gentechnisch veränderter Mikroorganismen gerichteten Anspruchs vorgesehen. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe bei der Verwendung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Klebeprotein ohne zusätzliche Isolationsschritte Anteile des oder eines Gemenges verklebt. Somit kann ein Verkleben der Anteile des oder eines Gemenges ohne zusätzlichen Aufwand, beispielsweise in Form von Isolationsschritten durchgeführt, werden. Somit kann ein Gegenstand besonders schnell und kostengünstig hergestellt werden, insbesondere wenn die gentechnisch veränderten Mikroorganismen, wie insbesondere vorgesehen, in einem hierin beschriebenen Verfahren und/oder in einer hierin beschriebene Anlage zur Herstellung eines hierin beschriebenen Gegenstandes verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass ein wie hierin beschriebener Stimulus zur mikrobiellen Herstellung des Klebeproteins verwendet wird. Somit kann gezielt ein Stimulus zur Überexpression eines Klebeproteins verwendet werden, welches direkt und ohne aufwändige Isolationsschritte zum Verkleben der Anteile des Gemenges zur Herstellung des oder eines Gegenstandes benutzt werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, in der bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein Gegenstand aus pflanzlichem Material hergestellt wird,
2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gegenstands.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 1 dargestellt, in dem ein erfindungsgemäßer Gegenstand 2 hergestellt wird.
Das Verfahren 1 wird in einer erfindungsgemäßen Anlage 29 durchgeführt, wobei die Anlage 29 zumindest einen Inkubator/Bioreaktor 32 und eine Gussform 17 aufweist. Ferner ist in 1 ein als Strahlungsquelle 31 ausgebildetes, austauschbares Gerät 30 zum Auslösen eines ersten und eines zweiten Stimulus 16, 20 an der Gussform 17 abgebildet.
Die Anlage 29 weist ferner eine als Presse ausgebildete Druckvorrichtung 36 auf, durch welche während der Inkubation des Gemenges 8 in der Gussform 17 mechanischer Druck von außen auf das Gemenge 8 ausgeübt wird. Die Druckvorrichtung 36 ist zur besseren Übersicht nur an einer Seite der Gussform 17 angedeutet, die Druckvorrichtung 36 kann jedoch die Gussform 17 und dadurch das Gemenge 8 von mehreren Seiten mechanisch beaufschlagen, um einen mechanischen Druck auf das Gemenge 8 auszuüben. Durch die Ausübung von mechanischem Druck weist der Gegenstand 2 eine besonders hohe Druckfestigkeit auf.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist das austauschbare Gerät 30 in der Gussform 17 befestigt.
Wie bereits erwähnt löst die Strahlungsquelle 30, 31 den ersten und den zweiten Stimulus 16, 20 aus, wobei die beiden Stimuli 16, 20 eine unterschiedliche elektromagnetische Strahlung 26 sind. In der gezeigten Ausführungsform ist der erste Stimulus 16, 26 sichtbares Licht und der zweite Stimulus 20, 20 Infrarotstrahlung. Zur besseren Darstellung sind beide Stimuli 16, 20 in 1 dargestellt. Je nach Anwendung können der erste und der zweite Stimulus 16, 20 orts- und/oder zeitversetzt ausgelöst werden, sodass die Überexpression des Klebeproteins 6 und/oder einer Substanz 21 so ausgelöst werden, wie es örtlich und zeitlich gewünscht ist.
Das dargestellte Verfahren 1 in 1 läuft wie folgt ab:

Die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, welche eine gentechnische Veränderung 12 zur Überexpression von wenigstens einem Klebeprotein 6 aufweisen, werden in dem Inkubator/Bioreaktor 32 in einem Kulturmedium 11 vorkultiviert. Die gentechnische Veränderung 12 umfasst eine Gensequenz 13, welche für das Klebeprotein 6 codiert. Während dieser Vorkultivierung 35 werden durch die gentechnische Veränderung 12 bereits Klebeproteine 6 überexprimiert und an der Oberfläche der gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5 assembliert. Das hier gezeigte Klebeprotein 6 ist eine Oberflächenstruktur, sogenannte Curli-Fasern. Durch die Vorkultivierung 35 und der dabei vollzogenen Überexpression der Klebeproteine 6 kann das Verfahren 1 besonders schnell durchgeführt werden.

Parallel zu der Vorkultvierung 35 der gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5 werden in dem oder einem Inkubator/Bioreaktor 32 andersartige Mikroorganismen 28 vorkultiviert. Diese Mikroorganismen 28 sind ebenso gentechnisch verändert und überexprimieren infolge der bereits genannten Stimuli 16, 20 im Verlaufe des Verfahrens unterschiedliche Substanzen 21.
Nach der Vorkultivierung 35 werden die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 bereitgestellt. Die Bereitstellung 4 kann in dem Kulturmedium 11 erfolgen, wodurch die Mikroorganismen 5, 28 am Leben und die Klebeproteine 6 exprimiert und intakt gehalten werden können. Dabei können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 jeweils in einem spezifischen, für ihre Bedürfnisse angepassten Kulturmedium 11 bereitgestellt werden.
Nach der Bereitstellung 4 werden die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 mit dem pflanzlichen Material 3 vermengt bzw. vermischt. Das pflanzliche Material 3 ist hier vorteilhaft als Trockenmasse 14 bereitgestellt und umfasst hauptsächlich Holzspäne. Durch das Vermischen können die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 homogen in dem Gemenge 8 verteilt werden, sodass insbesondere die Klebeproteine 6 optimal zum Verkleben 9 der Anteile des Gemenges 8 aufgeteilt sind bzw. im Verlaufe des Verfahrens 1 aufgeteilt werden. Ebenso können durch die homogen verteilten Mikroorganismen 5, 28 gleichmäßig Substanzen 21 überexprimiert und verteilt werden.
Bei der Vermengung 7 werden dem Gemenge 8 zusätzlich (in 1 dargestellt durch gestrichelte, auf das Gemenge 8 gerichtete Pfeile) ein Polysaccharid 22, vorzugsweise Stärke, und ein Protein 23, vorzugsweise wenigstens ein Enzym, und ein Proteingemisch 24, insbesondere Gluten oder Sojaprotein, und ein Triebmittel 25, insbesondere Backpulver, zugefügt. Somit ist der durch dieses Verfahren 1 hergestellte Gegenstand 2 besonders durch eine hohe Druckfestigkeit gekennzeichnet. Aber auch durch ein Verfahren 1, welches ohne die soeben genannten Zusätze auskommt (in 1 dargestellt durch die durchgehenden auf das Gemenge 8 gerichteten Pfeile) weist der Gegenstand 2 eine beachtliche Druckfestigkeit aus.
Ferner wird dem Gemenge 8 noch Flüssigkeit 33 beigemengt, sodass das Gemenge 8 eine Teigmasse 15 ausbildet, welche zur Ausformung 18 in die Gussform 17 geben wird. Insbesondere bei der Ausformung 18 wird die Teigmasse 8, 15 inkubiert, sodass bei dieser Inkubation 19 das Verkleben 9 optimal weitergeführt werden kann. Die in 1 dargestellte Inkubation 19 dauert kürzer als 48 Stunden, kann alternativ aber auch weniger als 24, insbesondere weniger als 4 Stunden andauern. Dabei ist die Inkubationstemperatur, welche eine zweite Inkubationstemperatur ist, für die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 höher als eine Inkubationstemperatur, welche eine erste Inkubationstemperatur ist, als vor der Ausformung 18. Insbesondere die erste Inkubationstemperatur während der Vorkultivierung ist um mindestens 3°C niedriger (oder höher) als die zweite Inkubationstemperatur.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Kultivierung während der Ausformung 18 auch räumlich beschränkt sein. So kann beispielsweise nur eine Hälfte des in der Gussform 17 befindlichen Gemenges 8 inkubiert werden.
In dem gezeigten Verfahren wird nun das ausgeformte Gemenge 8, 15 bei einer Temperatur zwischen 80° und 200° gebacken. Das Aushärten 10 findet einem Wärmeofen oder alternativ in einem Mikrowellenofen statt. Das Aushärten 10 kann somit relativ schnell durchgeführt werden.
Die Anlage 29 ermöglicht ebenso, dass folgend der Ausformung 18 durch die bereits beschriebene Strahlungsquelle 30, 31 der erste und der zweite Stimulus 16, 20 ausgelöst werden, sodass die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 Klebeproteine 6 und Substanzen 21 überexprimieren.
Exemplarisch und zur besseren Übersicht ist in 1 gezeigt, dass die Substanz 21 ein Färbemittel 27 zur optisch ansprechenden Färbung des Gegenstandes 2 ist. Die Substanz(en) 21 kann/können jedoch auch ein hierin beschriebener Substrat-crosslinker und/oder ein hierin beschriebenes Flammschutzmittel und/oder hierin beschriebener Biomineralisator und/oder ein hierin beschriebenes Imprägniermittel und/oder ein hierin beschriebenes Pestizid und/oder hierin beschriebener Porenbildner und/oder ein sonstiger hierin beschriebener Wirkstoff sein. Insbesondere durch eine Kombination von Substanzen 21 kann ein besonders anschaulicher und langlebiger Gegenstand 2 ausgebildet werden. Eine Kombination von Substanzen 21 kann durch die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 allein oder in Kombination hergestellt werden.
Ein monolithischer Gegenstand 2 ist in 2 dargestellt. Dieser Gegensand 2 wurde nach der Aushärtung 10 und der Entnahme 34 aus der Gussform 17 weiterbearbeitet, sodass die in 2 dargestellt Ausführungsform realisiert wurde.
In der Ausführungsform nach 1 ist die Gussform 17 so ausgebildet, dass die beiden Stimuli 16, 20 nur lokal die gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 zur Überexpression der Substanzen 21 anregen.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann wenigstens einer der Stimuli 16, 20 auch vor und/oder nach der Ausformung 18 durchgeführt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während der Vorkultivierung der gentechnisch veränderten Mikroorganismen 5, 28 ein Stimulus 16, 20 ausgelöst wird und zur Überexpression des Klebeproteins 6 und/oder der Substanz 21 führt. Somit kann die Überexpression insbesondere zeitlich angepasst werden, wodurch ein Verfahren 1 optimal durchgeführt werden kann.
In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann durch die Wahl des Stimulus 16, 20 und/oder durch die Ausbildung der Gussform 17 und/oder durch das Anbringen des austauschbaren Gerätes 30 sichergestellt werden, dass eine allumfängliche Überexpression der Substanzen 21 durchgeführt wird.
Die Erfindung schlägt allgemein ein Verfahren 1 zur Herstellung eines Gegenstandes 2 aus einem pflanzlichen Material 3 vor, umfassend folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen 4 gentechnisch veränderter Mikroorganismen 5, wobei die gentechnische Veränderung 12 zur Überexpression von wenigstens einem Klebeprotein 6 führt; Vermengung 7, vorzugsweise Vermischen, des pflanzlichen Materials 3 mit den gentechnisch veränderten, vorzugsweise in einem Kulturmedium 11 gehaltenen, Mikroorganismen 5 zu einem Gemenge 8; Exprimieren des Klebeproteins 6; Aushärten 10 des Gemenges 8.
Bezugszeichenliste

1: Verfahren
2: Gegenstand
3: pflanzliches Material
4: Bereitstellen von 5
5: gentechnisch veränderte Mikroorganismen
6: Klebeprotein
7: Vermengung
8: Gemenge
9: Verkleben von 8
10: Aushärten von 8
11: Kulturmedium von 5
12: gentechnische Veränderung
13: Gensequenz
14: Trockenmasse
15: Teigmasse
16: Stimulus
17: Gussform
18: Ausformung
19: Inkubation von 5 während 18
20: zweiter Stimulus
21: Substanz
22: Polysaccharid
23: Protein
24: Proteingemisch
25: Triebmittel
26: elektromagnetische Strahlung
27: Färbemittel
28: zu 5 andersartige Mikroorganismen
29: Anlage
30: Gerät
31: Strahlungsquelle
32: Inkubator / Bioreaktor
33: Flüssigkeit
34: Entnahme von 2
35: Vorkultivierung
36: Druckvorrichtung

Claims

Verfahren (1) zur Herstellung eines Gegenstands (2) aus einem pflanzlichen Material (3), umfassend folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen (4) gentechnisch veränderter Mikroorganismen (5), wobei die gentechnische Veränderung (12) zur Überexpression von wenigstens einem Klebeprotein (6) führt; Vermengung (7), vorzugsweise Vermischen, des pflanzlichen Materials (3) mit den gentechnisch veränderten, vorzugsweise in einem Kulturmedium (11) gehaltenen, Mikroorganismen (5) zu einem Gemenge (8); Exprimieren des Klebeproteins (6); Aushärten (10) des Gemenges (8).
Verfahren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gentechnische Veränderung (12) eine Gensequenz (13) umfasst, welche für ein Klebeprotein (6) kodiert.
Verfahren (1) nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemenge (8) inkubiert wird, insbesondere wobei das Gemenge (8) während eines Teils oder während der gesamten Inkubationszeit mechanischem Druck ausgesetzt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pflanzliche Material (3) als Trockenmasse (14) bereitgestellt wird und/oder dass das Gemenge (8) vor der Aushärtung (19) eine Teigmasse (15) bildet.
Verfahren (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Stimulus (16) an die gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) verabreicht wird, welcher/ welche die Überexpression des Klebeproteins (6)/ der Klebeproteine (6) moduliert/ modulieren.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Gussform (17) eine Ausformung (18) des Gemenges (8) durchgeführt wird, insbesondere wobei während der Ausformung (18) eine Inkubation (19) der gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) stattfindet.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Inkubation (19) der gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) während der Ausformung (18) bevorzugt kürzer als 48 Stunden, besonders bevorzugt kürzer als 24 Stunden, ganz besonders bevorzugt kürzer als 4 Stunden, andauert.
Verfahren(1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) vor der Ausformung (18) bei einer ersten Inkubationstemperatur und während der Ausformung (18) bei einer zweiten Inkubationstemperatur kultiviert werden, insbesondere wobei sich die erste und die zweite Inkubationstemperatur um mindestens 2°C, vorzugsweise um mindestens 12°C, voneinander unterscheiden, insbesondere wobei die erste Inkubationstemperatur niedriger als die zweite Inkubationstemperatur ist und/oder dass eine Kultivierung während der Ausformung (18) räumlich beschränkt ist.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei den gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) wenigstens ein zweiter Stimulus (20) verabreicht wird, insbesondere wobei der erste und zweite Stimulus (16, 20) andersartig sind, wobei die zwei Stimuli (16, 20) insbesondere zeitversetzt und/oder ortsversetzt verabreicht werden, insbesondere wobei wenigstens ein Stimulus (16, 20) in und/oder an einer oder der Gussform (17) verabreicht wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Auslösen des ersten und/oder eines oder des zweiten Stimulus (16, 20) die gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) wenigstens eine Substanz (21) ausbilden, welche insbesondere als Substrat-crosslinker und/oder als Flammschutzmittel und/oder als Biomineralisator und/oder als Imprägniermittel und/oder als Färbemittel (27) und/oder als Pestizid und/oder als Porenbildner und/oder als hydrolytisches Enzym fungiert/ fungieren.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Gemenge (8) ein Polysaccharid (22), vorzugsweise Stärke, und/oder ein Protein (23), vorzugsweise wenigstens ein Enzym, und/oder ein Proteingemisch (24), insbesondere Gluten oder Sojaprotein, und/oder ein Triebmittel (25), insbesondere Backpulver, zugefügt wird/werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stimulus (16, 20) eine elektromagnetische Strahlung (26) ist, und wobei die Auslösung der elektromagnetischen Strahlung (26) zur Überexpression einer oder der Substanz (21) führt, insbesondere wobei die Auslösung zur Überexpression eines oder des Substrat-crosslinkers und/oder des Flammschutzmittels und/oder des Biomineralisators und/oder als Imprägniermittels und/oder des Färbemittels (27) und/oder des Pestizids und/oder des Porenbildners und/oder des hydrolytischen Enzyms durch die gentechnisch veränderten Mikroorganismen führt und/oder wobei ein Zusatzstoff dem Gemenge (8) beigefügt wird und durch das Färbemittel (27) zu einem Farbstoff umgesetzt wird.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu den gentechnisch veränderten Mikroorganismen (5) andersartige, vorzugsweise gentechnisch veränderte, Mikroorganismen (28) bereitgestellt werden.
Verfahren (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aushärten (10) des Gemenges (8) durch Zufuhr von Wärme ausgeführt wird, insbesondere wobei das Gemenge (8) bei einer Temperatur zwischen 80°C und 200°C gebacken wird.
Gegenstand (2), welcher vorzugsweise monolithisch ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (2) nach einem Verfahren (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.
Anlage (29) zur Herstellung eines Gegenstands (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere nach einem hierin beanspruchten Verfahren (1), wobei die Anlage (29) einen Inkubator und/oder Bioreaktor (32) und eine Gussform (17) zur Ausformung (18) des Gegenstands (2) aufweist; insbesondere wobei die Anlage (2) ein vorzugsweise austauschbares Gerät (30) zum Auslösen wenigstens eines Stimulus (16, 20) umfasst, wobei das austauschbare Gerät (30) an oder in der Gussform (17) befestigt ist; und/oder wobei die Anlage (29) eine Druckvorrichtung (36) zur Anwendung des oder eines mechanischen Drucks aufweist.
Verwendung von gentechnisch veränderte Mikroorganismen zur mikrobiellen Herstellung eines Klebeproteins (5), wobei das Klebeprotein (6) ohne zusätzliche Isolationsschritte Anteile des oder eines Gemenges (8) verklebt, insbesondere in einem Verfahren (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder in einer Anlage (29) gemäß Anspruch 16 zur Herstellung eines Gegenstandes (2) nach Anspruch 15.