Phototrophe Biofilme als Produktionssysteme

Die Fähigkeit zur Photosynthese und ein großes Produktspektrum machen terrestrische Cyanobakterien zu vielversprechenden Produktionsorganismen für die industrielle Biotechnologie. Jedoch mangelt es an geeigneten Kultivierungssystemen für die Biofilmbildner, die in einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) wachsen. Emerse Photobioreaktoren (ePBR) ermöglichen die oberflächenassoziierte Kultivierung in einem Medienaerosol, wodurch das natürliche Habitat imitiert wird. In dieser Arbeit wurde ein hexagonaler ePBR (hePBR) entwickelt und charakterisiert, bei dem die Biofilme auf planaren Oberflächen mit variablem Substrat wachsen und von außen mit verschiedenen Lichtwellenlängen beleuchtet werden. Zudem wurde die Untersuchung der Oberflächenadhäsion sowie des Wasserrückhaltevermögens von Biofilmen in einer Strömkammer umgesetzt. Durch Kombination der Strömkammer mit dem hePBR ist so eine umfassende Charakterisierung von Biofilmen im Labormaßstab möglich. Zur Untersuchung der Anwendbarkeit für die Kultivierung phototropher Biofilme wurde das terrestrische Cyanobakterium Coleofasciculus chthonoplastes ausgewählt. Bei Variation der Aerosolversorgung zeigte sich ein Zusammenhang zwischen längeren Trockenphasen und reduzierter Biomassebildung. Im Vergleich zu 24 und 30 ° wurde bei 37 °C weniger Biomasse und dafür mehr EPS gebildet. Das Oberflächensubstrat zeigte kaum einen Einfluss auf die Produktivität, jedoch konnte eine unterschiedlich starke Adhäsion an verschiedenem Material gezeigt werden. Die höchste Biomasse- und Pigmentproduktivität wurde bei Kultivierung bei 30 °C, Beleuchtung mit rotem Licht und kontinuierlicher Aerosolversorgung erzielt. Zusätzlich wurde die heterologe Expression des Photosyntesepigments Phycoerythrobilin in Escherichia coli umgesetzt.