Nährstoffarme Emers-Fermentation terrestrischer Cyanobakterien zur Produktion biotechnischer Wertstoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Terrestrische Cyanobakterien zeichnen sich durch ein vielseitiges Wertstoffspektrum aus, welches sich grundlegend von aquatischen Organismen unterscheidet. Bislang war eine Ausnutzung dieses Wertstoffpools bzw. die Verfügbarkeit größerer Mengen an relevanten Metaboliten nicht realisierbar. Mit dem in der Förderperiode entwickelten emersen Photobioreaktor (ePBR) ist es nun möglich, diese Organismengruppe reproduzierbar in einem für die Produktaufarbeitung erforderlichen Maßstab zu kultivieren. Somit eröffnet der emerse Photobioreaktor einen Zugang zum Metabolitspektrum terrestrischer Cyanobakterien. Der entwickelte Photobioreaktor ist ideal auf die Kultivierung terrestrischer Mikroalgen abgestimmt. So dienen die in den Reaktorraum reichenden Lichtwellenleiter (Glasstäbe) zum einen als Aufwuchsfläche für die Organismen zum anderen können die adhärent wachsenden Organismen über den Lichtleiter optimal an der Wachstumszone mit Licht versorgt werden. Des Weiteren ermöglicht ein in die Reaktorperipherie integrierter Aerosolerzeuger eine Applizierung von Nährstoffen und somit eine nährstoffarme Kultivierung der betrachteten Gruppe von Mikroorganismen. Die etablierte Geometrie bzw. die Prozessführung erlaubt eine auf die Wertstoffproduktion von terrestrischen Cyanobakterien abgestimmte Kultivierung. Mit dem entwickelten Reaktorsystem kann die Bildung von Substanzen, deren Produktion mit der Wasserverfügbarkeit korreliert ist, signifikant gesteigert werden. Im Rahmen des Projekts wurde auf eine entsprechende Produktbildung in Form von EPS fokussiert, da die EPS eine Vielzahl von pharmazeutisch wirksamen Substanzen beinhalten kann. Diese sind unter anderem Cryptophycin, Cyanovirin-N, Scytovirin und Scytonemin, deren Zunahme vermutlich auch mit der EPS-Zunahme korreliert. Der neue emerse Photobioreaktor unterscheidet sich grundlegend von vorhandenen submersen Systemen, bei denen eine Trockenstress-Auslösung technisch nicht möglich ist. So werden z.B. 24 mgEPS/gBiomasse unter submersen Bedingungen gebildet, während im ePBR die 13,5-fache Menge (324 mgEPS/gBiomasse) unter emersen Bedingungen gebildet wird. Daher würde sich der Reaktor in Zukunft insbesondere für die Gewinnung von Wertstoffen eignen, die trockenstressinduziert gebildet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2010. Utilization of terrestrial cyanobacteria for production of high value compounds, Workshop „Biotechnologie“ der Universität der Großregion UGR, Saarbrücken, Deutschland
Muffler K., Kuhne S., Lakatos M., Ulber R.
- 2010. Utilization of terrestrial cyanobacteria for production of pharmaceutical compounds, 8th European Workshop Biotechnology of Microalgae, Nuthetal, Deutschland
Muffler K., Lakatos M., Ulber R.
- 2011. An innovative photobioreactor for surface-associated fermentation of terrestrial cyanobacteria, 1st European Congress of Applied Biotechnology / 29th DECHEMA's Biotechnology Annual Meeting, Berlin, Deutschland
Kuhne S., Muffler K., Lakatos M., Ulber R.
- 2011. Surface-associated fermentation of terrestrial cyanobacteria - the potential of a novel photobioreactor. ESF- Tagung: Microorganisms for Biofuel production from sunlight. Bielefeld, Deutschland
Lakatos M, Kuhne S, Muffler K, Ulber R.
- 2011. Zugang zum Wertstoffspektrum terrestrischer Cyanobakterien, GIT Labor-Fachzeitschrift 10: 670
Muffler K., Kuhne S., Lakatos M., Ulber R.
- 2012. Innovativer Photobioreaktor zur Kultivierung von terrestrischen Cyanobakterien 30. Jahrestagung der Biotechnologen, Karlsruhe, Deutschland
Kuhne S., Muffler K., Lakatos M., Ulber R.
- (2013) Characterization of terrestrial cyanobacteria to increase process efficiency in low energy consuming production processes. Sustainable Chemical Processes 1: 6
Kuhne S., Lakatos M., Foltz S., Muffler K., Ulber, R.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/2043-7129-1-6) - 2013. Entwicklung und Optimierung eines emersen Photobioreaktors, 6. Bundesalgenstammtisch 2013, Hamburg, Deutschland
Kuhne S., Muffler K., Lakatos M., Ulber R.
