Paralleles Kultivierungssystem im Mikrolitermaßstab

• Fachliche Zuordnung: Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547888200

Die Forschung am Institut für Molekulare Mikrobiologie und Biotechnologie (IMMB) konzentriert sich auf die Optimierung mikrobieller Prozesse und Stämme für die Produktion biobasierter Materialien und Chemikalien, mit Fokus auf biobasierte und biologisch abbaubare Exopolysaccharide (EPS) (AG Schmid), bakteriellen Metabolismus und Zell-Zell-Interaktionen (AG Phillip) und den zentralen Kohlenstoff-Stoffwechsel in Bakterien und Archaeen (AG Berg). Die AG Schmid nutzt gentechnische Methoden zur Entwicklung von Chassis-Organismen und Erzeugung von Stammvarianten, die verschiedene EPS und biobasierte Chemikalien produzieren. Basierend auf Wachstum und Produktbildung unter reproduzierbaren, kontrollierbaren Bedingungen wird eine stammspezifische Optimierung der Biosynthesewege durchgeführt, um die Produktivität zu steigern und Produkte zu modifizieren. Aufgrund der stark energie- und damit O2-abhängigen Biosynthesewegen können viele EPS nur unter optimalen Bedingungen in Bioreaktoren produziert werden. Das Stammportfolio für diesen Ansatz umfasst Gram-negative und Gram-positive Bakterien, aber auch filamentöse Pilze. Die AG Phillip untersucht neuartige Stoffwechselwege und Stoffwechselinteraktionen zwischen den Spezies und zwischen den Domänen in mikrobiellen Gemeinschaften durch "Cross-feeding". Die Bestimmung des Wachstums der einzelnen Stämme in Co-Kulturen durch die Expression fluoreszierender Proteine stellt einen großen Vorteil für diese Forschung dar. Die AG Berg untersucht Kohlendioxid-Fixierung in anaeroben, hauptsächlich thermophilen Bakterien und Archaeen. Die Kultivierung dieser Mikroorganismen erfordert ein System, das die Verdunstung bei hohen Temperaturen begrenzt und anaerobe Bedingungen aufrechterhalten kann. Das beantragte Kultivierungssystem im Mikrolitermaßstab erfüllt alle genannten Anforderungen: parallele Kultivierung (bis zu 48), stabile Temperaturkontrolle, Begasung und Abgasanalyse sowie Fluoreszenzmessungen und die Möglichkeit der Online-Messung von Biomasse und gelöstem Sauerstoff. Durch die Integration eines Pipettierroboters ist das System für eine automatisierte Medienoptimierung ausgestattet, ein sehr leistungsfähiges Werkzeug zur Steigerung von Wachstumsraten und Produkttiter und entscheidend für die Skalierung in größere Produktionsmaßstäbe. Die Möglichkeit, gezielt automatisierte adaptive Laborevolution (aALE) durchzuführen, wird unsere methodischen Möglichkeiten zur Entwicklung optimierter Stämme für die Prozessoptimierung in bestehenden 1-L-Parallel-Bioreaktorsystem massiv erweitern. Aufgrund der großen Anzahl von Kultivierungsgefäßen und des hohen Automatisierungsgrades ist das beantragte System optimal geeignet für Design of Experiments (DoE) und ALE-Ansätze sowie für die Bewertung von mikrobiellem Wachstum und Proteinexpression. Es die perfekte Hochdurchsatz-Ergänzung zu den bestehenden Fermentationsmöglichkeiten von 1 L - 500 L und wird massiv zum wissenschaftlichen Erfolg der Forschungsgruppen am IMMB beitragen.

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