Erfolgreiche Abschlussarbeiten
Die Bachelor- oder Masterarbeit ist der letzte Schritt, in dem Sie als Studierende zeigen, dass Sie die Studieninhalte erfolgreich umsetzen können – praktisch sowie theoretisch. Dies liefert die Grundlage für die nächsten Schritte Ihres beruflichen Werdegangs in Wissenschaft oder Wirtschaft.
Die Abschlussarbeiten am Fachbereich 3 „Chemie und Biotechnologie“ haben meist engen Bezug zu größer angelegten Forschungsprojekten oder laufen zusammen mit anderen Forschungseinrichtungen oder Unternehmen aus der Wirtschaft. Dadurch ist auch die Abschlussarbeit Teil aktueller innovativer Forschung und Entwicklung. Als Fachhochschule interessieren uns im Besonderen anwendungsnahe Themen.
Daraus ergibt sich ein breites Spektrum an Forschung- und Entwicklungsschwerpunkten. Das ermöglicht es Ihnen, an eigene Interessen anzuknüpfen und sich darin zu spezialisieren – ohne den Gesamtüberblick zu verlieren. Bringen Sie Ihr Potential bestmöglich ein!
Wir als Fachbereich sind stolz auf unsere Absolventinnen und Absolventen und freuen uns Ihnen hier einen kleinen Einblick in die Vielfalt der Abschlussarbeiten aus dem Bereich der Biotechnologie, der Chemie, der Nuklearchemie und der Polymerwissenschaften an der Fachhochschule Aachen geben zu können.
Einige Beispiele für Abschlussarbeiten
Spectroscopic characterization of Aloe Vera extracts
Bachelorarbeit (Angewandte Chemie) von Franziska Block
FH Aachen | Yulia Monakhova
Franziska Block hat ihre Bachelorarbeit bei uns zum Thema „Spectroscopic characterization of Aloe Vera extracts“ absolviert. Ziel ihrer Arbeit war die simultane kostengünstige Quantifizierung (Multikomponentenanalyse) von organischen Säuren und Zuckern aus gefriergetrockneten Aloe Vera Proben. Dazu hat sie zwei verschiedene Spektroskopie-Methoden angewandt – UV-VIS- und NMR-Spektroskopie. Bei letzterer Methode war das Ziel eine an Hochfeld (500 MHz)-Spektrometern etablierte Methode an einem kostengünstigeren 80 MHz-Benchtop durchzuführen und anzupassen. Insgesamt hat die Arbeit gezeigt, dass Multikomponentenanalysen auf Benchtop Spektrometer für viele Probensubstanzen durchaus erfolgreich sind. Diese Methode ist eine (verglichen mit einem 500 MHz Hochfeld Spektrometer) handliche, kostengünstige und für kleinere Labore geeignete Alternative. Für bestimmte Inhaltsstoffe der Aloe Vera konnten die Referenzmessungen der etablierten Methode reproduziert werden. Andere Komponenten hingegen lassen sich nicht ohne weiteres am 80 MHz-Spektrometer quantifizieren. Dies liefert jedoch interessante Aspekte für folgende Arbeiten: Eine Auswertung der Spektren mittels multivariater Analyse könnte eine quantitative Bestimmung aller wichtigen Komponenten ermöglichen. Ähnliches gilt auch für die UV-VIS-Untersuchungen.
Die FH-Aachen bedankt sich herzlich bei Frau Block für ihr Engagement und wünscht ihr alles Gute für die Zukunft.
Betreuerin der Arbeit: Prof. Dr. Yulia Monakhova
Bestimmung von Zuckern und organischen Säuren in Aloe Vera Extrakten mittels HPLC
Bachelorarbeit (Angewandte Chemie) von Alexander May
Die Bachelorarbeit von Alexander May mit dem Titel „Bestimmung von Zuckern und organischen Säuren in Aloe Vera Extrakten mittels HPLC“ wurde am FB 3 im Labor „Instrumentelle Analytik“ durchgeführt. Inhaltsstoffe – Zucker, sowie organische Säuren – sollten mittels HPLC mit UV-Detektion bestimmt werden. Durch Variation verschiedener Analyseparameter sollte somit eine Methode entwickelt werden, die auf Reproduzierbarkeit und Robustheit geprüft wurde. Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit war der Vergleich zwischen zwei HPLC-Säulen, auf denen die verschiedenen Substanzen voneinander selektiv getrennt und detektiert wurden. Es wurde eine geeignete Säule gefunden, auf der die in der Pflanze enthaltenen Zucker sowie Säuren simultan mittels UV detektiert werden konnten. Die Methodik kann bei der Qualitätskontrolle von Aloe Vera Produkten sowie verschiedener Pflanzenextrakte u.a. in der Lebensmittelanalytik helfen. Zukünftig sollen neben einer weiteren Verfeinerung der Messparameter auch die Probenvorbereitung optimiert werden – dies wird helfen die schwierige Bestimmung von Zuckern zu verbessern. Außerdem soll die Untersuchung anderer Bestandteile, wie z. B. Minerale, bei dieser Analytik in Zukunft berücksichtigt werden.
Die FH-Aachen bedankt sich für die Zusammenarbeit und wünscht Herrn May einen weiterhin erfolgreichen Weg und alles Gute für die Zukunft!
Betreuerin der Arbeit: Prof. Dr. Yulia Monakhova
Erstellung und Optimierung eines Puffersystems für die PEG-basierte Nukleinsäure-Aufreinigung mittels chemagen Produkten
Masterarbeit (Biotechnologie) von Julian Breuer
Gentechnische Arbeiten sind mittlerweile ein fester Bestandteil verschiedener industrieller Prozesse. Ob in der Abfallwirtschaft, der Landwirtschaft oder in der Medizin: Die Arbeit mit und an DNA ist vielfältig und ökologisch, sowie ökonomisch vielversprechend. Um gentechnisch arbeiten zu können, wird natürlich DNA benötigt. Und um diese zu isolieren, gibt es unterschiedliche Methoden und Vorgehensweisen, je nachdem aus welchem Organismus sie isoliert werden soll.
Zu dieser Thematik fertigte auch Herr Julian Breuer von der FH-Aachen seine Masterarbeit an. Er untersuchte in Kooperation mit der PerkinElmer chemagen Technologie GmbH das etablierte Puffersystem zur Extraktion von DNA aus Blut und optimierte es nach verschiedenen Parametern, wie z.B. Ausbeute, Reinheit, DNA-Fragmentlänge oder Laufzeit der Isolation.
Zu diesem Zweck wurden die Puffer-Komponenten mit Hilfe eines statistischen Datenverarbeitungsprogramms modelliert, die optimalen Komponenten ermittelt und entsprechend dem resultierenden Modell verwendet. So wurden diverse Puffersysteme erstellt und mit Hinblick auf die Ausbeute und Reinheit der extrahierten DNA weiter experimentell untersucht und optimiert.
Julian Breuer
Herr Breuer konnte dabei zeigen, dass ein PEG-basiertes Puffersystem (Polyethylenglycol) in Kombination mit der chemagic™ 360-Extraktionseinheit in der Lage ist, die Ausbeuten anderer Extraktionssysteme zu übertreffen, ohne die Reinheit oder Fragmentlängen der gewonnenen DNA negativ zu beeinflussen. PEG ist ein flüssiges oder festes, wasserlösliches und nichttoxisches Polymer, welches z.B. als Bindemittel in Pharmazeutika und Kosmetika vorkommt, aber beispielsweise auch bei der archäologischen Konservierung eine Rolle spielt.
Herr Breuers Arbeit lieferte einen bedeutenden Beitrag hin zu einem neuen, konkurrenzfähigen DNA-Extraktionssystem. Bis zu diesem sind jedoch noch weitere Untersuchungen von Nöten, um z.B. auch den Einfluss des Probenmaterials zu bestimmen.
Die Fachhochschule Aachen dankt der PerkinElmer chemagen Technologie GmbH und besonders Herrn Breuers für die Zusammenarbeit und wünscht eine erfolgreiche Zukunft sowie alles Gute.
Betreuer der Arbeit: Prof. Dr. Johannes Bongaerts
Erarbeitung einer Datengrundlage zur taxonomischen Differenzierung der drei Unterarten von Streptococcus equi
Bachelorarbeit (Biotechnologie) von Ina Li
Ina Li
Die Identifizierung von Bakterien ist vor Allem in der Medizin von großer Bedeutung. Je nachdem durch welche pathogenen, d.h. „krankmachenden“, Bakterien eine Infektion ausgelöst wird, müssen unterschiedliche Therapien angewendet werden. Dementsprechend suchen Wissenschaftler auf der ganzen Welt nach Wegen, Bakterien eindeutig zu bestimmen.
Die geringe Größe, die riesige Vielfalt und die mitunter winzigen Unterschiede der Bakterien machen jedoch eine genaue Identifizierung einzelner Spezies und Subspezies durch morphologische Kriterien nahezu unmöglich. Daher werden Bakterien hauptsächlich anhand von genetischen Merkmalen und aufgrund ihrer Stoffwechselwege unterschieden und einer Spezies zugeordnet. Eine geschickte Auswahl der Tests, ermöglicht durch die Kombination der verschiedenen Ergebnisse dann eine genaue Identifikation des Bakteriums.
In Kooperation mit dem Nationalen Referenzzentrum für Streptokokken des Uniklinikum Aachen arbeitete Frau Ina Li von der Fachhochschule Aachen in ihrer Bachelorarbeit an einer Möglichkeit, die drei Subspezies equi, zooepidemicus und ruminatorum des Bakteriums Streptococcus equi zu unterscheiden.
Streptococcus equi subsp. equi ist, wie der Name vermuten lässt, in erster Linie bei Pferden und anderen Wiederkäuern zu finden und löst bei diesen die sog. Druse aus. Dabei handelt es sich um einen äußerst ansteckenden Atemwegsinfekt, der unbehandelt für die Tiere, aber auch für geschwächte Menschen eine Gefahr darstellen kann. Eine eindeutige Identifikation des Erregers ist demnach für die Auswahl der richtigen Therapie unablässig.
Zuerst untersuchte Frau Li anhand bestimmter Gene die Verwandtschaftsverhältnisse der Subspezies untereinander. Wie sich jedoch zeigte, reicht diese Untersuchung nicht aus, um die Subspezies zu unterscheiden. Frau Li entwickelte daher eine Kombination aus genetischen, mikrobiologischen und metabolischen (den Stoffwechsel betreffende) Tests, durch die zumindest die Subspezies equi zuverlässig identifiziert werden kann. Die Unterscheidung der beiden anderen Subspezies hingegen bleibt eine Herausforderung.
Die FH-Aachen dankt allen Beteiligten, insbesondere Frau Li, für die Kooperation und wünscht alles Gute für die Zukunft und viel Erfolg.
Betreuer der Arbeit: Prof. Dr. Johannes Bongaerts
Konstruktion und Expression eines minimalen Phosphonat-Biosynthesegenclusters und Untersuchung der Phosphonat-Biosynthese in Kitasatospora TÜ4103
Masterarbeit (Biotechnologie) von Mattis Irle
FH Aachen | Mattis Irle
Was tun wir, wenn Bakterien auftreten, gegen die unsere gängigen Antibiotika keine Wirkung mehr zeigen?
Diese Frage wird sich Mattis Irle wohl auch schon gestellt haben und untersuchte in seiner Masterarbeit in Zusammenarbeit mit der TU Braunschweig und der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH ein weitgehend unerforschtes Antibiotikum aus der Klasse der Phosphonat-Antibiotika.
Dazu kultivierte er den Actinomycet Kitasatospora sp., von dem erst vor kurzem bekannt wurde, dass er ein antibiotisch wirksames Phosphonat produziert. Dann konstruierte Herr Irle ein sogenanntes „minimales Phosphonat-Biosynthese-Gencluster“ (mBGC), also eine Gen-Sequenz, die die Information für bestimmte Schlüsselenzyme der Phosphonat-Vorstufen-Produktion trägt. Dieses brachte er dann in Kitasatospora sp. ein und regte ein verstärktes Ablesen dieser Gene an, eine sogenannte Überexpression.
Anschließend konnte bewiesen werden, dass die Überexpression des mBGC, wie erhofft, zu einer Erhöhung der Phosphonat-Produktion führt. Zusätzlich bietet die Arbeit von Herrn Irle die Grundlagen für eine skalierte Produktion des Phosphonat-Antibiotikums mittels Kitasatospora sp. im Bioreaktor, wodurch nachfolgenden Forschern die Analyse der Substanz zugänglicher gemacht wird.
Überraschend war außerdem, dass Kitasatospora sp. anscheinend eine weitere antibiotisch aktive Substanz produziert, welche jedoch erst noch identifiziert werden muss.
Die FH-Aachen bedankt sich für die Zusammenarbeit und wünscht Herrn Irle einen weiterhin erfolgreichen Weg und alles Gute für die Zukunft!
Betreuer:innen der Arbeit: Prof. Dr. Bongaerts
Analyse der Integrationsstellen für eine hohe und stabile Expression in CAP®-Zellen
Bachelorarbeit (Biotechnologie) von Timon Rausch
FH Aachen | Victor Messerschmidt
II Die Integration viraler Faktoren (grün) an einer geeigneten Stelle im Genom kann die Virenproduktion erhöhen.
In den letzten Jahren haben Viren eine ungewöhnlich große Rolle gespielt. Die Pandemie zeigte nachdrücklich, dass die Erforschung viraler Infekte und Viren eine zentrale Herausforderung für die Medizin ist und bleibt.
Andererseits können Viren aber auch sehr nützlich sein. So dienen sie bei einer Gentherapie als sogenannte Gen-Fähren. Dabei wird das natürliche Verhalten der Viren genutzt, ihre DNA erst in die Zelle und dann in ihr Genom zu schleusen. Die Zellen erhalten so die Möglichkeit z.B. einen Gendefekt zu reparieren.
Für solche Gentherapien sind allerdings größere Mengen an Viren nötig, die zuvor in Insekten- oder Säugetierzellen hergestellt werden müssen. Und an diesem Punkt setzte Timon Rausch mit seiner Forschung an. Er nahm sich zum Ziel, im menschlichen Genom nach Stellen zu suchen, an denen eine eingeschleuste Viren-DNA besonders wirksam sein kann und möglichst viele Viren-Kopien bildet.
Was sich leicht nach dem Plan eines Bond-Bösewichts anhört, ist für die Virologie von großer Bedeutung. So kann, auf Grundlage von Herrn Rauschs Ergebnissen, die Viren-Produktion in humanen Zellen gesteigert und effizienter gemacht werden, wodurch die Forschung mit (humanpathogenen) Viren weltweit vereinfacht werden kann.
Die FH-Aachen bedankt sich herzlich bei Herrn Rausch für sein Engagement und wünscht ihm alles Gute für die Zukunft.
Betreuer:innen der Arbeit: Prof. Dr. Jost Seibler
Die Alles-oder-Nichts-Antwort von Mastzellen auf Einzelzellebene nach Aktivierung durch FcεRI
Bachelorarbeit (Biotechnologie) von Julia Dickmeis
RWTH Aachen | EME
rechts: Mikroskopische Aufnahme einer degranulierenden Mastzelle. Zu erkennen sind die, sich öffnenden, Granula, die ihren Inhalt in die Umgebung entlassen.
Julia Dickmeis forschte im Zuge ihrer Bachelorarbeit am Institut für Biochemie und molekulare Immunologie der RWTH Aachen an der Reaktion von Mastzellen, wenn diese über einen speziellen Rezeptor (FcεRI) stimuliert wurden, wie es z.B. bei einer allergischen Reaktion der Fall ist. Dabei ging es um das Verhalten von Mastzellen, dass manche von ihnen Entzündungsmediatoren ausschütten, im Fachjargon „degranulieren“, wohin gegen anderen Mastzellen dies nicht tun.
In diesem Zusammenhang verglich sie zwei verschiedene Verfahren, um das experimentelle Repertoire der Forschungsgruppe zu erweitern und eine neue Methode zu etablieren, die erweiterte Erkenntnisse über Mastzellen zulässt.
Die von Frau Dickmeis in ihrer Arbeit verwendete Methode konnte ein Verhalten der Zellen aufweisen, welches bisherige Verfahren nicht detektieren können. So konnte bestätigt werden, dass bei einer Stimulation der Fcε-Rezeptoren die Degranulation der Mastzellen tatsächlich unterschiedlich erfolgt, also nicht alle Zellen die gleiche Antwort auf den Reiz zeigen.
Mit ihren gewonnenen Erkenntnissen trägt Frau Dickmeis dazu bei, z.B. die Mechanismen von allergischen Reaktionen besser zu verstehen, oder Therapien zu Autoimmun-Reaktionen zu verfeinern. Die genaueren Hintergründe dieser „Alles-oder-Nichts“-Reaktion der Mastzellen müssen allerdings noch weiter untersucht werden, um besser verstanden zu werden.
Die Fachhochschule dankt Frau Dickmeis für ihr Engagement und wünscht ihr viel Erfolg für die Zukunft.
Betreuer:innen der Arbeit: Prof. Dr. rer. nat. Peter Öhlschläger
Experimentelle Bewertung und Modellierung von Inhibition zur Ausbeutemaximierung der Wasserstoffbildung mit Thermotoga neapolitana
Bachelorarbeit (Biotechnologie) von Jessica Graalmann
Eine Multiparameter-Optimierung der Wasserstoffproduktivität und -ausbeute wurde mit kombinierten experimentellen und Modellierungsmethoden durchgeführt. Eingesetzt wurden anaerobe Fermentationen bei 77 °C für 46 bis 72 Stunden. Die pH-Wert-Inhibierung, Einfluss des Puffertyps, der Ionenstärke und Medienadditiven wurden untersucht. Festgestellt wurde dabei, dass der Organismus stark pH-Wert inhibiert wird und mit Puffern geringer Molarität seine Produktivität steigert. Ferner konnten Salzadditive bestimmt werden, die die Wasserstoffausbeute steigern. Im Zuge der Optimierungen konnte die theoretisch mögliche Wasserstoffausbeute von 4,0 mol H2 pro Mol Glucose mit YWasserstoff= 3,9 ± 0,2 molH2·molGlucose-1, nahezu erreicht werden. Ferner wurden als wertvolle Nebenprodukte Acetat und Lactat produziert. YAcetat=1,76 ± 0,14 molAcetat·molGlucose-1, YLactat=0,20 ± 0,02 molLactat·molGlucose-1.
Damit steht ein Verfahren zur Verfügung, mit dem Wasserstoff aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen ohne den Einsatz elektrischer Energie gewonnen werden kann.
Es handelt sich um eine Arbeit in einem laufenden Forschungsprojekt. Die Forschung wird im Rahmen mehrerer Abschlussarbeiten fortgesetzt. Derzeit wird eine Demonstrationsanlage für die Produktion von Wasserstoff aus Bioabfällen entwickelt. In einem weiteren Vorhaben wird ein elektrobiotechnologischer Ansatz verfolgt, mit dem Elektronen in die Mikroorganismen übertragen werden können, um die Ausbeute über das theoretische Stoffwechselmaximum hinaus zu steigern.
Die Fachhochschule dankt Frau Graalmann für ihr Engagement und wünscht ihr viel Erfolg für die Zukunft.
Betreuer:innen der Arbeit:
- Prof. Dr.-Ing. Nils Tippkötter, Bioverfahrenstechnik und Downstream Processing
- M. Sc. Berit Rothkranz, Bioverfahrenstechnik und Downstream Processing
Extraktion und chromatographische Trennung lipophiler Biomoleküle aus Algenkulturen mit überkritischem CO2
Masterarbeit (Biotechnologie) von Lena Braun
Bei der Entwicklung der Methode zur chromatographischen Trennung wurden mittels statistischer Versuchsplanung (DoE) die optimalen Parametereinstellungen ermittelt. Die Trennung der drei ungesättigten Fettsäuren Ölsäure, Linolsäure und Linolensäure war verlief erfolgreich, jedoch konnten die einzelnen Produkte nicht in vollständiger Reinform isoliert werden.
Die überkritische Extraktion wurde zunächst mit einem Fettsäurestandard durchgeführt, um die besten Einstellungen der Parameter zu ermitteln. Nach Optimierung der Parameter wurden die Fettsäuren aus den Algen Acutodemus obliquus und Chlorella sorokiniana extrahiert. Aus C. sorokiniana das Dreifache an freien Fettsäuren von A. obliquus gewonnen werden. Die Extraktion der Fettsäuren ist in einem einzigen Schritt nahezu vollständig, ein vorangehender Zellaufschluss mittels Hochdruckhomogenisator ist nicht notwendig.
Mit den Ergebnissen konnte ein Laborverfahren etabliert werden, mit dem bio-zertifizierbare Fettsäuren aus Algen gewonnen werden können. Die Algen dienen der Aufreinigung von Papiermühlenabwasser, so dass ein Kreislaufprozess mit hoher Wertschöpfung vorliegt. Die Fettsäuren haben einen großen Markt im Bereich Kosmetika und als Lebensmittelzusatzstoffe.
Es konnte gezeigt werden, dass die integrierte Extraktion, Trennung und Aufreinigung der Fettsäuren machbar ist. Aus den Ergebnissen soll eine Fachpublikation eingereicht werden. Ferner ist ein Folgeprojekt zu weiteren Optimierung der Trennung und Skalierung des Verfahrens auf den 50 L Maßstab vorgesehen.
Die Fachhochschule dankt Frau Braun für ihr Engagement und wünscht ihr viel Erfolg für die Zukunft.
Betreuer:innen der Arbeit:
- Prof. Dr.-Ing. Nils Tippkötter, Bioverfahrenstechnik und Downstream Processing
- Dr. Simone Krafft, Bioverfahrenstechnik und Downstream Processing