Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt ChitoMat wurde von 2019 bis 2023 mit dem Ziel durchgeführt, aus Fischereiabfällen gewonnenes Chitin in hochwertige Produkte für den medizinischen 3D-Druck und die Tierernährung zu verwandeln. Das Konsortium umfasste die Technische Universität München (TUM), das Institut für Gentechnik (IGB), die University of Prince Edward Island (UPEI) und das Applied Biotechnology Laboratory (ABL). Prof. Dr. Thomas Brück vom Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie der TUM fungierte als Projektleiter, koordinierte die wissenschaftliche Arbeit und sorgte für die Integration der Expertise der Partner. Der Zeitplan des Projekts sah eine fünfjährige Phase für die Skalierung und Aktivitätsvalidierung der neu entdeckten chitinolytischen Enzyme vor, gefolgt von einer achtjährigen Periode, die auf die Gründung eines Spin-Off-Unternehmens abzielte, um aus Chitin gewonnene Oligomere als probiotische Futtermittelzusätze herzustellen.

In technischer Hinsicht basierte das Projekt auf der Isolierung des Bakteriums Jeongeupia naejangsanensis aus Bodenproben. Sein Genom, das 2021 von Turrini und Kollegen sequenziert wurde, enthüllte ein reiches Repertoire an chitinhydrolysierenden Enzymen. Diese genomischen Informationen ermöglichten die rekombinante Expression mehrerer Enzymkandidaten, die anschließend auf ihre Aktivität sowohl gegenüber marinen (Krabbenschalen) als auch pilzlichen Chitinquellen charakterisiert wurden. Die Enzyme wurden in Hydrolysereaktionen im Labormaßstab validiert und erreichten Umsatzraten, die die Produktion von Chitinoligosacchariden (COS) im Grammbereich ermöglichten, eine Voraussetzung für nachgeschaltete Anwendungen. Die COS wurden außerdem als leistungsfähige Futtermittelzusätze bewertet. Erste Versuche zeigten, dass der Bedarf an Antibiotikazusätzen erheblich gesenkt werden konnte, was dem Ziel des Projekts entspricht, Antibiotika in der Tierernährung zu ersetzen.

Parallel zur Entwicklung der Enzyme wurden die analytischen Einrichtungen der TUM – Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und fortschrittliche LC/MS-Systeme – eingesetzt, um die Reinheit von COS zu überwachen und die strukturellen Merkmale der Hydrolyseprodukte zu analysieren. Die Daten unterstützten das Design einer nachhaltigen COS-Produktionsroute, die sich industriell skalieren lässt. Darüber hinaus untersuchte das Konsortium die Umwandlung von Chitin in einen thermoplastischen Kunststoff, der für den 3D-Druck geeignet ist. Es wurden katalytische Wege untersucht und die Reaktionsbedingungen optimiert, um ein Polymer mit mechanischen Eigenschaften zu erzeugen, das für den Druck in medizinischer Qualität geeignet ist. Chitin-basierte Verbundwerkstoffe wurden für den Extrusionsdruck formuliert und Biotintenformulierungen für zellhaltige Druckanwendungen entwickelt, was die Vielseitigkeit von Chitin als Biomaterial zeigt.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden durch von Experten begutachtete Veröffentlichungen bekannt gemacht. Ein Artikel von Arnold, Brück, Garbe und Brück aus dem Jahr 2020 berichtete über die enzymatische Modifikation von nativem Chitin und dessen Umwandlung in Spezialchemikalien und wurde in Marine Drugs veröffentlicht. Ein zweites Manuskript mit dem Titel “Omics guided characterization of the chitinolytic machinery of two Jeongeupia bacteria” wurde im Mai 2023 bei Marine Drugs eingereicht und spiegelt die Integration von Omics-Daten mit funktionellen Assays wider. Diese Veröffentlichungen unterstreichen den Beitrag des Projekts zum Bereich der Chitin-Valorisierung.

Während des gesamten Projekts unterhielten die Partner ein enges Kooperationsnetzwerk. Die TUM stellte den Kern der synthetischen Biologie und die analytischen Fähigkeiten zur Verfügung, während sich das IGB auf die Entdeckung und Optimierung von Enzymen konzentrierte. Die UPEI steuerte ihr Fachwissen in den Bereichen Tierernährung und Prüfung von Futtermittelzusätzen bei, und ABL lieferte Erfahrung in der Polymerchemie und 3D-Drucktechnologien. Die strukturierten Meilensteine des Projekts – Enzymvalidierung, Maßstabsvergrößerung und Ausgründungsplanung – wurden innerhalb des vorgesehenen Zeitrahmens erreicht, was die Effektivität der interdisziplinären Partnerschaft und das Potenzial für die kommerzielle Verwertung von aus Chitin gewonnenen Materialien unter Beweis stellt.