Hochleistungs-Tischbioreaktorsystem für die parallele Kultivierung von Mikroorganismen

• Fachliche Zuordnung: Mikrobiologie, Virologie und Immunologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584785783

Am Institut für Technische Mikrobiologie nutzen wir verschiedene Mikroorganismen, um Proteine in großen Mengen zu produzieren und diese anschließend biochemisch zu charakterisieren. Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Mack liegt dabei auf anabolen Enzymen. Im Fokus der Arbeiten stehen die Bakterienarten Streptomyces davanoensis, Streptomyces cinnabarinus und Streptomyces berlinensis. Das beantragte Fermentationssystem wird diese proteinchemischen Arbeiten erleichtern, da Proteine darin reproduzierbar in größeren Mengen erzeugt werden können. Das Gerät dient dabei der Erneuerung bzw. Ertüchtigung von Fermentationskapazitäten (Großgeräte). Neben den proteinchemischen Arbeiten untersucht die AG Mack auch die Auswirkungen genetischer Modifikationen auf das Wachstum bzw. die Physiologie dieser Bakterien. Wir benötigen verhältnismäßig kleine Reaktionsgefäße, die eine parallele Analyse verschiedener rekombinanter Stämme unter Produktionsbedingungen ermöglichen. Aktuell interessiert uns insbesondere die Biosynthese des Antibiotikums Roseoflavin, ein wichtiger Antimetabolit, der von S. davanoensis, S. cinnabarinus und S. berlinensis gebildet wird. Erst kürzlich konnten wir das erste Exportsystem (RosE) für Flavine identifizieren (MA 2510/15-2) und wollen nun diesen Exporter nutzen, um Flavine unter produktionsnahen Bedingungen zu bilden. Darüber hinaus arbeiten wir mit den chemoorganotrophen Organismen Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis und Pichia pastoris, die wir ebenfalls mit diesem Fermentationssystem produktionsnah kultivieren und physiologisch charakterisieren möchten. Als Alternative zu diesen klassischen chemoorganotrophen Organismen erforscht die AG Mack auch chemolithoautotrophe Bakterien. Diese können in konventionellen Bioreaktoren fermentiert werden, zeichnen sich teilweise durch ein relativ schnelles Wachstum aus und sind daher für wirklich nachhaltige biotechnologische Prozesse attraktiv. Mittelfristig soll die konventionelle, aktuell noch CO₂-emittierende Biotechnologie grüner werden. Um Nähr- und Nutzstoffe aus CO₂ zu erzeugen, sind neue Optionen erforderlich. Ein solcher Organismus ist Hydrogenovibrio marinus, der Wasserstoff als Energiequelle nutzt, obligat autotroph ist und zur Zeit in der Arbeitsgruppe Mack untersucht wird. Für die Entwicklung dieses Produktionsorganismus soll das beantragte Fermentationssystem ebenfalls genutzt werden. Da wir an unserem Institut häufig mit Nachwuchswissenschaftlern zusammenarbeiten, ist es wichtig, dass das Fermentationssystem einfach zu bedienen ist. Insgesamt haben wir drei Systeme zur Auswahl. Wir präferieren das System einer Firma, da es sich im Umgang als das Einfachste erwies. Andere Geräte sind nachteilig, da z.B. Einweg-Bioreaktoren genutzt werden, die vergleichsweise teuer sind. Wir glauben auch, dass ein bestimmtes Fermentationssystem im Hinblick auf die Schaumbildung am besten geeignet ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochleistungs-Tischbioreaktorsystem für die parallele Kultivierung von Mikroorganismen
• Gerätegruppe: 3520 Bakterien-Zuchtgeräte, Fermenter
• Antragstellende Institution: Technische Hochschule Mannheim
• Leiter: Professor Dr. Matthias Mack