Anna Dinius
Morphology Engineering filamentöser Mikroorganismen: Untersuchung der Pelletstruktur und Sauerstoffversorgung
ibvt-Schriftenreihe (Krull, R. (Hrsg.)), Vol. 89,
Cuvillier-Verlag, Göttingen 2026
ISBN-13 (Printausgabe): 978-3-68952-499-9
ISBN-13 (E-Book): 978-3-68952-500-2
OI: 10.61061/ISBN_9783689524999 9783689524999
Filamentöse Mikroorganismen spielen eine Schlüsselrolle in der Biotechnologie, da sie die nachhaltige Synthese einer Vielzahl industriell relevanter Produkte ermöglichen. In submerser Kultur können sowohl bakterielle (prokaryotische) als auch pilzliche (eukaryotische) Stämme unterschiedliche Makromorphologien ausbilden – etwa dichte, annähernd sphärische Pellets oder disperses Mycel. Die jeweiligen Ausprägungen können maßgeblich durch die Kultivierungsparameter sowie gezielte Morphology-Engineering-(ME)-Strategien beeinflusst werden. Zu diesen zählen die Supplementation von Mikropartikeln (MPEC), Makropartikeln (MaPEC) oder Salzen (SEC), mit dem Ziel, die Pelletstruktur so zu verändern, dass eine erhöhte finale Produktkonzentration oder Produktivität beispielsweise durch verbesserten Sauerstofftransfer erreicht wird. Diese Arbeit befasst sich mit
- dem Scale-up der Kultivierung mit dem schersensitiven Actinomyceten Lentzia aerocolonigenes zur Herstellung des API Rebeccamycin vom Schüttelkolben in den Labor-Bioreaktormaßstab sowie dem optimierten Downstream Processing des Produktes,
- der Untersuchung von Pelletstruktur und Sauerstoffverfügbarkeit an filamentösen Pelletmorphologien von L. aerocolonigenes sowie verschiedenen Stämmen des Pilzes Aspergillus niger unter dem Einfluss unterschiedlicher ME-Techniken mit Hilfe der Mikrocomputertomographie (µ-CT) und der Bestimmung der lokalen Sauerstoffkonzentration in radialer Pelletkoordinate mittels O2-Mikroelektrodentechnik (O2-µET) und deren Kombination sowie
- der Bestimmung effektiver O2-Diffusionskoeffizienten in Pellets von Pro- und Eukaryoten mit Hilfe der O2-µET mit zwei O2-Mikroelektroden.
In dieser Arbeit wurde eine neue Methode aus der Kombination von (SR)-μ-CT und O2-μET zur strukturellen und funktionalen Untersuchung der Pelletarchitektur sowie von Transportprozessen im Innern von filamentösen Pellets zielgerichtet weiterentwickelt und Vergleiche zur O2-Versorgung und Pelletstruktur an unterschiedlichen Pelletsystemen unter ME-Bedingungen durchgeführt. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zum grundlegenden Verständnis der Auswirkungen von ME-Strategien auf den Sauerstofftransport in Pellets und die Morphologie geleistet und wertvolle Grundlagen für weiterführende Modellierungen und Optimierungen von Bioprozessen mit filamentösen Mikroorganismen gelegt.