Paralleles Bioreaktorsystem

• Fachliche Zuordnung: Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491062903

Die parallele Kultivierung von Mikroorganismen unter reproduzierbaren und kontrollierbaren Bedingungen ist ein wesentlicher Bestandteil zur Charakterisierung von Mikroorganismen. Meine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Optimierung von Prozessen und Stämmen zur Herstellung von biobasierten Materialien und Chemikalien. Hier stehen vor allem biobasierte und bioabbaubare Polysaccharide im Mittelpunkt, für welche wir das in vivo Engineering einsetzen. Bei diesem Ansatz erstellen wir viele verschiedene Stammvarianten, welche wir unter reproduzierbaren und kontrollierbaren Bedingungen auf ihre Produktbildung hin untersuchen. Aufgrund der so modifizierten chemischen Strukturen der neuen Exopolysaccharid-Varianten, zeigen sich auch starke Unterschiede in der Produktivität. Aufgrund der stark Energie- und somit Sauerstoffabhängigen Biosynthese der Polysaccharide, lassen sich viele dieser Varianten nur unter optimalen Bedingungen in Bioreaktoren herstellen. Im Folgenden Charakterisieren wir die grundlegenden Struktur-Funktionsbeziehungen dieser neuen Polysaccharidvarianten, und leiten somit Ansätze für neue Funktionalitäten ab. In weiteren Schritten erfolgt dann die Stammspezifische Optimierung der Biosynthesewege, um die Produktivitäten zu steigern. Das Portfolio an verwendeten Stämmen beinhaltet Gram-negative und Gram-positive Bakterien, aber auch filamentöse Pilze und Mikroalgen. Für die Mikroalgen ist die Kultivierung in Photobioreaktioren unter reproduzierbaren Bedingungen, mit der Möglichkeit zur gezielten Beleuchtung mit unterschiedlichen Wellenlängen essentiell, um den Einfluss von Lichtstärke und Wellenlänge auf Wachstum und Produktbildung zu analysieren. Neben der Forschung zu mikrobiellen Polysacchariden beschäftigen wir uns jüngst auch mit der Stammentwicklung hin zur Nutzung von C1-Verbindungen wie sie aus z.B. Synthesegas hergestellt werden können. Hierfür verwenden wir z.B. Bacillus methanolicus, welcher bisher als nur sehr schwer genetisch zugänglich galt. Basierend auf von uns entwickelten molekularbiologischen Werkzeugen (CRISPR-Cas), scheint eine effiziente Bearbeitung nun aber erfolgreich umsetzbar. Für die Kultivierung von B. methanolicus sind stabile Temperaturen von 50 °C notwendig, ohne dass dabei eine Verdunstung aus den Kultivierungsgefäßen erfolgt, welche eine Bilanzierung der Produkte und Stoffströme zunichtemacht. Das beantragte Parallel Bioreaktorsystem erfüllt all diese Anforderungen und bietet mit einer Gasmischstation, Abgasanalytik, stabilen Temperierbarkeit und der Möglichkeit des Einsatzes von Leuchtstäben ein Gerät, welches alle notwendigen parallelen Kultivierungsexperimente in unserer Arbeitsgruppe bedienen kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Paralleles Bioreaktorsystem
• Gerätegruppe: 3520 Bakterien-Zuchtgeräte, Fermenter
• Antragstellende Institution: Universität Münster
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Jochen Schmid