Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Biofilme auf mikrostrukturierten Oberflächen (Teilprojekt C03 im SFB 926)

Teilvorhaben im SFB 926 "Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala"

Biofilme werden oft mit Biofouling in technischen Anlagen und pathogenen Mikroorganismen auf medizinischen Geräten in Verbindung gebracht. Obwohl der Einsatz von Biofilmreaktoren eine Vielzahl von Vorteilen bietet, ist die wirtschaftliche Bedeutung derartiger Biofilm-nutzender Verfahren sehr überschaubar (z.B. Essigsäureproduktion). Die Produktionsorganismen werden in einer biogenen Matrix auf einem Substratum immobilisiert, wobei die Matrix von den Zellen selbst generiert wird und keinerlei toxische Effekte für die Organismen aufweist. Durch die Eigenimmobilisierung weisen die Biofilmreaktoren Standzeiten auf, die um ein Vielfaches höher sind als jene von klassischen Submers- oder Emersverfahren. Zudem können durch die automatisch vorliegende Zellrückhaltung kontinuierliche Produktionsverfahren etabliert werden. 
Mit dem im Rahmen des Projekts forcierten Einsatz mikrostrukturierter metallischer Oberflächen sollen neue Anwendungsfelder für Biofilme erschlossen werden. Vorteilhaft sind die thermische Sterilisierbarkeit sowie die mögliche Wiederverwendung des eingesetzten Substratums. Zur Realisierung solcher technischen Produktionsverfahren ist jedoch ein tieferes Verständnis der Biofilm- und Produktbildung in Abhängigkeit von der Oberflächenstruktur des Substratums sowie vom Werkstoff selbst notwendig. Ziel des Teilprojekts ist es, grundlegende Informationen zur Wechselwirkung von Mikroorganismen mit mikrostrukturierten metallischen Oberflächen zu gewinnen. Die Oberflächen werden in einem neuartigen Bioreaktorsystem Modell-Mikroorganismen gegenüber exponiert. Die Biofilmbildung wird mit Hilfe nicht-invasiver Methoden und konfokaler Laser-Scanning Mikroskopie untersucht.

Veröffentlichungen

  • J. Stiefelmaier, D. Strieth, S. Di Nonno, N. Erdmann, K. Muffler, R. Ulber; Characterization of terrestrial phototrophic biofilms of cyanobacterial species; Algal Research (2020) https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101996
  • J. Chodorski, D. Kleine, R. Ulber, Der Brückenschlag zwischen Makro- und Mikroebene - Bildgebene Verfahren in der Biofilmanalytik; GIT Laborjournal (2020) Ausgabe 4 https://www.git-labor.de/forschung/life-sciences-biotechnologie/der-brueckenschlag-zwischen-makro-und-mikroebene
  • M. Engel, A. Gemünde, D. Holtmann, C. Müller-Renno, C. Ziegler, N. Tippkötter, R. Ulber; Clostridium acetobutylicum’s connecting world: cell appendage formation in bioelectrochemical systems; ChemElectroChem (2019) https://doi.org/10.1002/celc.201901656
  • D. Kleine, J. Chodorski, S. Mitra, C. Schlegel, K. Huttenlochner, C. Müller Renno, J. Mukherjee, C. Ziegler, R. Ulber; Monitoring of biofilms grown on differentially structured metallic surfaces using confocal laser scanning microscopy; Eng. Lif. Sc. (2019) doi: 10.1002/elsc.201800176
  • D. Kleine, A. Maus, R. Ulber: Unterschiede in der Genexpresion von produktiven Biofilmen, Chem. Ing. Tech. 90 (2018) 1261-1261
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  • K. Huttenlochner, N. Davoudi, C. Schlegel, M. Bohley, C. Müller-Renno, J.C. Aurich, R. Ulber, C. Ziegler: Paracoccus seriniphilus adhered on surfaces: Resistance of a seawater bacterium against shear forces under the influence of roughness, surface energy, and zeta potential of the surfaces, Biointerphases 13 (2018) 051003 DOI: 10.1116/1.5049226
  • L. Hofherr, J. Chodorski, C. Müller-Renno, R. Ulber, C. Ziegler: Comparison of Versatile Immobilization Methods for Gram-positive Bacteria on a Silicon Cantilever, Phys. Status Solidi A 215 (2018) 1700846
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  • C. Schlegel, J. Chodorski, M. Huster, N. Davoudi, K. Huttenlochner, M. Bohley, I. Reichenbach, S. Buhl, P. Breuninger, C. Müller-Renno, C. Ziegler, J. Aurich, S. Antonyuk, R. Ulber: Influence of Micro Structured Metallic Surfaces on the Productivity of Biofilms in Flow Cells, Eng. Life Sc. 17 (2017) 865–873 DOI: 10.1002/elsc.201700045
  • D. Strieth, J. Schwing, S. Kuhne, M. Lakatos, K. Muffler, R. Ulber: A semi-continuous process based on an ePBR for the production of EPS using Trichocoleus sociatus, J. Biotechnol. 256 (2017) 6-12 http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.jbiotec.2017.06.1205
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  • K. Huttenlochner, C. Müller-Renno, C. Ziegler, R. Merz, B. Merz, M. Kopnarski, J. Chodorski, C. Schlegel, R. Ulber: Removing biofilms from stainless steel without changing surface properties relevant for bacterial attachment, Biointerphases 12 (2017) 02C404 DOI: 10.1116/1.4982196
  • N. Davoudi, K. Huttenlochner, J. Chodorski, C. Schlegel, M. Huster, M. Bohley, C. Müller-Renno, J. C. Aurich, R. Ulber, C. Ziegler: Adhesion forces of the seawater bacterium Paracoccus seriniphilus on titanium: influence of microstructures and environmental conditions, Biointerphases 12, 05G606 (2017).
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  • K. Muffler, R. Ulber (Eds.): Productive Biofilms; Adv. Biochem. Eng. Biotechnol., Springer Verlag Berlin Heidelberg (2014). DOI: 10.1007/978-3-319-09695-7.
  • C. Müller-Renno, S. Buhl, N. Davoudi, J. C. Aurich, S. Ripperger, R. Ulber, K. Muffler, Ch. Ziegler: Novel Materials for biofilm reactors and their characterization, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 146 (2014) 207-233.
  • K. Muffler, M. Lakatos, C. Schlegel, D. Strieth, S. Kuhne, R. Ulber: Application of biofilm bioreactors in white biotechnology, Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 146 (2014) 123-161.
  • K. Muffler, C. Schlegel, C. Ziegler, J. C. Aurich, R. Ulber: Produktive Biofilme - Wechselwirkung zwischen Oberflächenmorphologie & Stoffwechsel, Biospektrum 2 (2013) 216-217
  • C. Schlegel, N. Wesuls, A. Pasteur, C. Müller, I. Reichenbach, C. Ziegler, J. Aurich, K. Muffler, R. Ulber: Charakterisierung produktiver Biofilme auf mikrostrukturierten Bauteiloberflächen, Proceedings zum 16. Heiligenstädter Kolloquium, Heiligenstadt (2012) 63-67. ISBN: 978-3-00-039458-4       

 

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