Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

Untersuchung der Adhäsion terrestrischer Cyanobakterien auf unterschiedlichen Oberflächen

Die Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen als Biofilm kann biotechnologische Prozesse einfacher und effizienter gestalten. Die Produktaufreinigung sekretierter Substanzen wird durch immobilisierte Zellen erleichtert und höhere Produktivitäten können in kontinuierlichen Prozessen erzielt werden, da die Wachstumsrate von der Verdünnungsrate entkoppelt werden kann. Die Kultivierung von terrestrischen Cyanobakterien in submersen Systemen ist zwar möglich, es werden jedoch Änderungen der Zellmorphologie und der EPS von beispielsweise Nostoc flagelliforme beschrieben, was in geringen Ausbeuten und Zellvitalitäten resultiert. An dieser Stelle möchte das Vorhaben ansetzen und den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis von Biomasse zu EPS und der Adhäsionskraft des Biofilms über den Kultivierungszeitraum auf unterschiedlichen Substraten untersuchen. Das Adhäsionsverhalten gibt zum einen Aufschluss darüber, ab welchem Zeitpunkt nach dem Animpfen des Reaktors der Biofilm nicht durch die Zugabe von Medium in Form von Aerosol von den Oberflächen abgewaschen werden kann. Bei einzelligen Organismen wird zur Bestimmung der Adhäsion eine Kraft-Abstandskurve mittels Rasterkraftmikroskop aufgenommen. Für diese Methode muss entweder eine Einzelzelle am Cantilever fixiert, oder mehrere Zellen auf dem Cantilever immobilisiert werden. Da Cyanobakterien in Zellverbänden wachsen, die sich nicht vereinzeln lassen, wurden bereits unterschiedliche Methoden zur Immobilisierung eines Biofilms auf dem Cantilever getestet, die jedoch bislang nicht erfolgreich waren. Hier wird ersichtlich, dass die Bestimmung der Kräfte, die zwischen den cyanobakteriellen Zellen und der Oberfläche wirken, nicht trivial ist. Hier soll nun eine Strömungskammer konstruiert werden, in die unterschiedliche Oberflächen variabel eingesetzt werden können. Der Biofilm soll auf den Oberflächen in einem Aerosolreaktor kultiviert und anschließend mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in der Strömungskammer überströmt werden. Über die Strömungsgeschwindigkeit können die auf den Biofilm wirkenden Kräfte berechnet werden.

 

 

Kooperationspartner-
StatusAbgeschlossenes Projekt
FördermittelgeberTU Nachwuchsring
Förderzeitraum01/2019 - 12/2019
Fördernummer-
Mitarbeiter/-InnenDr.-Ing. Dorina Strieth

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

  • K. Scherer, J. Stiefelmaier, D. Strieth, M. Wahl, R. Ulber; Development of a lightweight multi-skin sheet photobioreactor for future cultivation of phototrophic biofilms on facades; Journal of Biotechnology https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.06.004
  • J. Stiefelmaier, D. Strieth, S. Di Nonno, N. Erdmann, K. Muffler, R. Ulber; Characterization of terrestrial phototrophic biofilms of cyanobacterial species; Algal Research, https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101996
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