Maßstabsübertragung aus Sicht der Mikroorganismen - Sky

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Takors
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569559247

Die erfolgreiche Etablierung neuer bioverfahrenstechnischer Produktionsprozesse ist ein wesentlicher Schritt hin zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft auf Basis nachwachsender Ressourcen. Leider zeigt die Erfahrung, dass die Umsetzung erfolgversprechender Ideen aus dem Labor in die großvolumige Anwendung eine sehr große Hürde darstellt. Zu oft wird diese nicht erfolgreich gemeistert. Zu viele sehr gute Ansätze schaffen nicht den Sprung in die Umsetzung, was oftmals an dem nicht ausreichenden, grundlegenden Verständnis über die zugrunde liegenden Mechanismen liegt. An dieser Stelle greift das vorliegende Forschungsvorhaben Sky an. Sky zielt darauf ab, robuste Escherichia coli Chassis zu entwickeln, die auch unter den im Produktionsmaßstab vorherrschenden heterogenen Kultivierungsbedingungen maximale Leistungsdaten zeigen. Diese Vorgehensweise sichert nicht nur den erfolgreichen Transfer vom Labor in die Produktion, sondern eröffnet auch die Möglichkeit neue, großvolumige Produktionsprozesse mit geringerem technischem Aufwand zu realisieren. Beides unterstützt die erfolgreiche Etablierung nachhaltiger Bioproduktionsverfahren als eine Stütze der circular bioeconomy. Um dies zu erreichen verfolgt Sky einen synergistischen Ansatz aus mikrobieller Stammkonstruktion und ingenieurwissenschaftlichem scale-down. Beide Disziplinen sind am Institut für Bioverfahrenstechnik (IBVT) verankert. Basierend auf bereits existierenden, sehr umfangreichen Daten zur transkriptionellen Antwort von E. coli auf großvolumige Stresseinflüsse, werden modellierungstechnisch Vorgaben für eine zielgerichtete Genomreduktion abgeleitet. Diese werden molekularbiologisch umgesetzt. Hervorzuheben ist, dass kein genomreduzierter Stamm Wachstumsdefizite oder zusätzliche Substratnotwendigkeiten aufweisen soll. Damit wird das für den erfolgreich am IBVT entwickelten Stamm E. coli RM214 erarbeitete Konzept weiterverfolgt und für den in der stringenten Kontrolle defizienten Stamm E. coli SR rigoros umgesetzt. Zudem werden in die Stämme intrazelluläre Möglichkeiten der Kohlenhydratversorgung auch in Zonen des Substratmangels implementiert. Die Leistungsdaten derartiger Stämme werden in neu zu erstellenden scale-down Bioreaktoren evaluiert. Im Zentrum steht die ingenieurwissenschaftliche Konzipierung und Realisierung des single multi-compartment bioreactor (SMCB) für Mikroorganismen. Letzter konnte zuletzt erfolgreich durch den Antragsteller für den scale-down von Säugerzell-Verfahren entwickelt werden. Reale Daten einer 600 m³ Blasensäule, erhoben und modelliert durch die AG des Antragstellers, werden für den scale-down zugrunde gelegt. Dieser SMCB Bioreaktor dient als Testsystem für die parallel laufenden Arbeiten zur gezielten Genomreduktion in dem synergistischen Sky-Projekt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen