Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Deutsche Forschungsgemeinschaft

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

  • 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
  • K. Muffler, C. Schlegel, C. Ziegler, J. C. Aurich, R. Ulber: Produktive Biofilme - Wechselwirkung zwischen Oberflächenmorphologie & Stoffwechsel, Biospektrum 2 (2013) 216-217
  • H. Al-Kaidy, A. Duwe, M. Huster, K. Muffler, C. Schlegel, T. Sieker, R. Stadtmüller, N. Tippkötter, R. Ulber: Biotechnology and Bioprocess Engineering - Form the first Ullmanns article to recent trends, Chem. Ing. Tech. 86 (2014) 2215-2225.
  • S. Kuhne, D. Strieth, M. Lakatos, K. Muffler, R. Ulber: A new photobioreactor concept enabling the production of desiccation induced biotechnological products using terrestrial cyanobacteria, J. Biotechnol. 192 (2014) 28-33.
  • 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.
  • B. Ludwig, D. Geib, C. Haas, J. Steingroewerb, T. Bley, K. Muffler, R. Ulber: Whole-cell biotransformation of oleanolic acid by free and immobilized cells of Nocardia iowensis: Characterization of new metabolites, Eng. Life Sciences 15 (2015) 108-115.
  • M. Huster, C. Müller-Renno, C. Ziegler, C. Schlegel, R. Ulber, K. Muffler: 1,2Chloroperoxidase Production by Caldariomyces fumago Biofilms, Eng. Life Sci. 16 (2016) 88–92.
  • 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.
  • 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.
  • H. Hasse, S. Antonyuk, R. Ulber: Bauteiloberflächen – Morphologie auf der Mikroskala, Chem. Ing. Tech. 88 (2016) 1298-1298.
  • D. Kleine, A. Maus, R. Ulber: Unterschiede in der Genexpresion von produktiven Biofilmen, Chem. Ing. Tech. 90 (2018) 1261-1261.
  • D. Strieth, R. Ulber, K. Muffler: Application of phototrophic biofilms: From fundamentals to Processes, Bioproc. Biosys. Eng. 41 (2018) 295–312.
  • 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.
  • C. Rösch, F. Kratz, T. Hering, S. Trautmann, N. Umanskaya, N. Tippkötter, C. Müller-Renno, R. Ulber, M. Hannig, C. Ziegler: Albumin-lysozyme interactions: Cooperative adsorption on titanium and enzymatic activity, Colloid. Surface. B 149 (2017) 115-121.
  • M. Stöckl, C. Schlegel, A. Sydow, D. Holtmann, R. Ulber, K.-M. Mangold: Membrane Separated Flow Cell for Parallelized Electrochemical Impedance Spectroscopy and Confocal Laser Scanning Microscopy to Characterize Electro-Active Microorganisms, Electrochem. Acta 220 (2016) 444–452.
  • M. Fingerle, O. Köhler, C. Rösch, F. Kratz, C. Scheibe, N. Davoudi, M. Bohley, J. C. Aurich, M. Huster, C. Schlegel, R. Ulber, C. Müller-Renno, C. Ziegler: Cleaning of titanium substrates after application in a bioreactor, Biointerphases 10 (2015), 019007.
  • 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.
  • N. Davoudi, C. Müller-Renno, C. Schlegel, K. Muffler, R. Ulber, C. Ziegler: Nanomechanical Properties of the Sea-water Bacterium Paracoccus seriniphilus – a Scanning Force Microscopy Approach, Biointerphases 10 (2015), 019004.
  • 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 (2017) 05G606.
  • 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.
  • J.F. Chignell, C. Schlegel, R. Ulber, K.F. Reardon: Quantitative proteomic analysis of Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis biofilms, AIChE Journal 64 (2018) 4341-4350.
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