Frau MSc. Dorina Strieth hat erfolgreich ihre Promotion zum Dr.-Ing. mit dem Thema "Produktive phototrophe Biofilme in Aerosolreaktoren" abgeschlossen. Wir freuen uns, dass Frau Dr. Strieth ihre akademische Laufbahn am Lehrgebiet BioVT als Postdoc fortsetzt!

Terrestrische Cyanobakterien wurden bislang auf Grund fehlender Kultivierungssysteme als potentielle Produktionsorganismen der Biotechnologie vernachlässigt. Der neuartige emerse Photobioreaktor (ePBR) erlaubt die Kultivierung dieser in ihrer natürlichen Form, immobilisiert auf Oberflächen, als Biofilm eingebettet in einer selbst produzierten Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS). Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Aerosolerzeugung optimiert, die Reaktorgeometrie und –peripherie vereinfacht, sowie die Aerosol-, Licht und Temperaturverteilung bestimmt und simuliert. Ein neuartiger Downstream-Prozess erlaubt die Extraktion der EPS und der Pigmente von nur einer Probe, wobei die EPS in ihre Hauptbestandteile (Polysaccharide, Lipide und Proteine) separiert und anschließend deren Zusammensetzung analytisch ermittelt werden kann. Zur Charakterisierung von phototrophen Biofilmen wurde die optische Kohärenztomographie zur Bestimmung des Schichtdickenzuwachses eingesetzt und der Flächenzuwachs über die Chlorophyll-a-Fluoreszenz bestimmt. Basierend auf den entwickelten Methoden wurden 20 Stämme auf mögliche Wertstoffe hin untersucht und mit Hilfe der Nutzwertanalyse wurden 4 von 20 verschiedenen Cyanobakterien als potentielle Produktionsorganismen identifiziert. Anschließend wurden optimale und tolerierte Wachstumsparameter dreier potentieller Produktionsorganismen bestimmt und der toleranteste Stamm Trichocoleus sociatus im optimierten ePBR kultiviert, wobei die Auswahl unterschiedlich rauer Substrate keinen Einfluss auf das Biofilmwachstum aufwiesen. Allerdings wurde auf hydrophilen Oberflächen ein eher flächiges und auf hydrophoben ein eher vertikales Wachstum des Biofilms beobachtet. Außerdem konnte gezeigt werden, dass das Dickenwachstum des Biofilms abhängig ist von der Lichtverfügbarkeit. Des Weiteren verhielt sich das Wachstum antiproportional zur Aerosolzufuhr und verringerte sich mit steigender Temperatur. Diese Effekte konnten mit einem mathematischen Model beschrieben und das Model mit Hilfe eines Versuchs verifiziert werden. Erhöhte CO₂-Konzentrationen führten zur Wachstumshemmung, wohingegen die Kultivierung mit Rauchgas (10 % CO₂, 60 ppm SO₂ und 100 ppm NO) gleiche Ausbeuten wie mit atmosphärischen Mengen an CO₂ lieferte, was eine Anwendung zur Abgasreinigung bei simultaner Wertstoffproduktion ermöglicht. Unterschiede in der Pigmentzusammensetzung konnten jedoch nicht nachgewiesen werden. Abschließend wurde ein semi-kontinuierlicher Prozess zur Produktion von EPS mit T. sociatus entwickelt, bei der die Ausbeute um das 2,5-fache gesteigert werden konnte.