Paralleles Bioreaktorsystem

• Fachliche Zuordnung: Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550419833

Die funktionelle Charakterisierung der Physiologie von Bakterien als auch die Entwicklung biotechnologischer Fermentationsverfahren zur gezielten Produktion von Proteinen oder Sekundärmetaboliten erfordert standardisierte Kultivierungsbedingungen, die definierte Umwelt- bzw. Prozessbedingungen absichern. Das kann nicht mit herkömmlichen Schüttelkolbenexperimenten realisiert werden. Die einfach zu handhabenden Inkubationsexperimente in Schüttelkolben haben u.a. den Nachteil, dass sie keinen kontrollierten Sauerstoff-Eintrag und keine pH-Statuierung erlauben. Weiterhin sind kontinuierliche Substrat-limitierte Wachstumsbedingungen oder auch kontrollierte Fütterungsversuche in Schüttelkolbenexperimenten nur sehr schwer simulierbar. Zeitlich aufgelöste Shifts in der Physiologie der Bakterien, z.B. ausgelöst durch eine Substrat-bedingte Diauxie, kann nicht adäquat in Schüttelkolbenexperimenten erfasst werden. Physiologisch standardisierte Experimente in parallelen Bioreaktorsystemen sind von großem experimentellem Vorteil, da sie definierte Kultivierungsbedingungen ermöglichen. So erfordern Kultivierungen mit mikroaerophilen oder Stickstoff-fixierenden Bakterien eine definierte Sauerstoffkontrolle bzw. kontrollierte Mischgasversorgung sowie Abgasanalytik. Auch erlauben solche parallelen Kultivierungssysteme Substrat-kontrollierte bzw. -limitierte Wachstumsexperimente entweder im Fed-batch-Modus oder als Chemostatkultur. Weiterhin sind mittels solcher Bioreaktorsysteme die standardisierte Anreicherung und Isolation von mikrobiellen Sekundärmetaboliten möglich. Auch die Gewinnung ausreichender Volumina dieser bioaktiven Metabolite oder von Enzymen für deren Charakterisierung bzw. Applikationstests können in solchen Systemen kontrolliert und effektiver durchgeführt werden. Schließlich sind parallele Bioreaktorsysteme erforderlich, um industrienahe mikrobielle Fermentationsprozesse untersuchen sowie optimieren zu können. Derartige Forschungs- und Entwicklungsansätze werden in den jeweiligen Arbeitsgruppen der Antragsteller verfolgt. Für solche Experimente sind parallele Bioreaktorsysteme mit einem Arbeitsvolumen von 500 mL bis 1 L und mindestens vier Kulturgefäßen notwendig. Ein solches System wird hier beantragt. Es erlaubt die vergleichende Untersuchung von biologischen Replikaten unter zwei definierten Kultivierungsbedingungen bzw. Fermentationsstrategien. Das beantragte parallele Bioreaktorsystem mit einem maximalen Arbeitsvolumen von 1 L sollte Standardmessungen von pH, und pO2, Mischgasversorgung und Abgasanalyse ermöglichen. Die Vernetzung der vier Bioreaktoren soll über eine möglichst auch web-gängige Software abgesichert werden, die zur integrierten Datenerfassung, Steuerung und Überwachung der Bioprozesse geeignet ist. Mittels voreingestellter Protokolle sollen Fütterungsstrategien für Fed-batch-Kultivierungen bzw. kontinuierliche Chemostatversuche abgesichert werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Paralleles Bioreaktorsystem
• Gerätegruppe: 3520 Bakterien-Zuchtgeräte, Fermenter
• Antragstellende Institution: Universität Greifswald
• Leiter: Professor Dr. Thomas Schweder