Optimierung der Produktion antimikrobieller Wirkstoffe von terrestrischen Cyanobakterien - Vom Screening bis zur Reaktorentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kai Muffler; Professor Dr. Roland Ulber
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323611467

Multiresistente Erreger (MRE) stellen vor allem in Krankenhäusern ein großes Problem dar. Neben einem bewussteren Umgang mit Antibiotika ist die Entdeckung und Etablierung neuer Antibiotika äußerst wichtig. Aus diesem Grund fokussiert dieses Projekt auf die Kultivierung terrestrischer Cyanobakterien zur Produktion neuer antimikrobieller Substanzen. In der Vergangenheit konnten bereits einige antibakterielle Substanzen aus Cyanobakterien isoliert und charakterisiert werden. Vor allem terrestrische Cyanobakterien wurden bislang wenig erforscht, da es keine optimale Kultivierungsmöglichkeit für phototrophe Biofilme gab. Das Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik der TU Kaiserslautern hat Zugriff auf eine der größten Stammsammlung von terrestrischen Cyanobakterien (TU Kaiserslautern, Lehrgebiet experimentelle Ökologie, Herr Prof. Dr. Büdel), sowie auf den Biosphärenturm im Biosphärenreservat Pfälzer Wald/Nordvogesen, der innerhalb eines Eichenbestandes lokalisiert ist. Ausgehend von dieser Vielzahl an möglichen Antibiotikaproduzenten, sollen die Cyanobakterien auf ihre antibiotische Wirkung hin untersucht und bei positivem Ergebnis kultiviert werden. Der am Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik entwickelte emerse Photobioreaktor eignet sich optimal zur Kultivierung von terrestrischen Cyanobakterien. Das Medium wird mittels Ultraschallzerstäuber zerstäubt und als Aerosol in den Reaktor geführt. Neben der Medieneinsparung können durch beispielsweise Trockenstress und pH-Wert-Änderungen in einem semikontinuierlichen Prozess maximale Ausbeuten an extrazellulären Polymeren Substanzen (EPS) erzielt werden. In einem Biofilm werden die Antibiotika nicht ins Medium abgegeben, sondern akkumulieren in der EPS und liegen somit in höheren Konzentrationen als in submersen Systemen vor. Wenn entsprechende Aktivitäten gefunden werden, soll die Struktur der antibakteriellen Substanz analysiert werden. Darüber hinaus sollen die initialen Titer der Modellstämme durch die Variation der Prozessparameter wie beispielsweise die Energie- und Kohlenstoffversorgung verbessert werden. Es sollen in Schüttelkolben und in verschiedenen Bioreaktorsystemen photoautotrophe, chemoorganotrophe und mixotrophe Kultivierungen durchgeführt und die Antibiotikaproduktion untersucht werden. Abschließend soll ein Prozessmodell zur Antibiotikaproduktion von mindestens einem Cyanobakterium etabliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Schüttelinkubator
• Gerätegruppe: 1080 Schüttelgeräte, Rüttler