Morphology Engineering filamentöser Mikroorganismen: Untersuchung der Pelletstruktur und Sauerstoffversorgung

Filamentöse Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle bei der nachhaltigen Synthese industriell relevanter Produkte. In submerser Kultur bilden sie unterschiedliche Makromorphologien aus- etwa dichte, annähernd sphärische Pellets oder disperses Mycel-, wobei die Hyphenstruktur maßgeblich Stofftransport, Sauerstoffversorgung und Produktbildung beeinflusst. Durch gezielte Morphology-Engineering-Strategien kann jedoch die Pelletmorphologie und -struktur verändert werden, um die Produktausbeute zu verbessern. In dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Morphology-Engineering-Strategien auf pelletbildende Kulturen des filamentösen Actinomyceten Lentzea aerocolonigenes sowie verschiedener Aspergillusniger-Stämme untersucht. Hierfür wurden Mikro- und Makropartikel sowie Salzsupplementierungen eingesetzt, um gezielt Veränderungen der Pelletstruktur hervorzurufen und deren Auswirkungen auf Wachstum, Produktbildung und Sauerstoffversorgung zu analysieren. Zurdetaillierten strukturellen Untersuchung der Pellets wurde die (Synchrotron-basierte) Mikro-Computertomographie eingesetzt, mit der die Hyphenverteilung sowie die Einlagerung von Mikropartikeln dreidimensional analysiert werden konnten. Ergänzend wurde eine Sauerstoff-Mikroelektrodentechnik etabliert, um lokale Sauerstoffkonzentrationsprofile innerhalb der Pellets aufzunehmen und mit den strukturellen Daten zu korrelieren. Dadurch konnten stammspezifische Zusammenhänge zwischen Pelletstruktur, Biomasseaktivität, Sauerstoffversorgung und Diffusionskoeffizienten untersucht werden. Weiterhin wurde ein neuartiges Membranbegasungssystem für den parallelisierten Scale-up in den 3-L-Bioreaktormaßstab implementiert, um verbesserte und definierte Kultivierungsbedingungen für filamentöse Mikroorganismen zu ermöglichen.