Dr. Lars Regestein | RWTH Aachen | AVT - Bioverfahrenstechnik

Komplexe Systeme in der Bioverfahrenstechnik

„Komplexe Systeme“ in der Bioverfahrenstechnik sowie „Messen und Regeln“ sind die Schlagworte, mit denen sich die Forschung von Lars Regestein beschreiben lässt, sei es bei der Kultivierung hoch-viskoser biologischer Systeme im Druckreaktor oder der Beeinflussung des komplexen Zusammenspiels von definierten Mischkulturen durch verfahrenstechnische Parameter.

Obwohl Mischkulturen schwierig zu erforschen sind, ist deren große Bedeutung für viele Gebiete der Wissenschaft unumstritten. Nimmt man die Natur mit ihren Möglichkeiten, Stoffe ineinander umzuwandeln und Stoffkreisläufe aufzubauen als Vorbild, so wird man überall Mischkulturen finden. Nur mit diesen ist es möglich, vielstufige und komplexe Stoffumwandlungen in kürzester Zeit und auf kleinstem Raum zu realisieren (z. B. Zersetzung von Holz).

Mit Mischkulturen arbeitete Lars Regestein bereits 2006 am Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer Systeme, allerdings mit dem medizinischen Hintergrund, Mukoviszidose-begleitende bakterielle Infektionen in definierter Kultivierung nachzustellen und zu simulieren. Im Rahmen seiner Promotion kam er 2007 an den Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der RWTH Aachen, der von Professor Jochen Büchs geleitet wird. Er beschäftigte sich in seiner Doktorarbeit mit dem Potential der Thermodynamik und Kalorimetrie zur Überwachung bioverfahrenstechnischer Prozesse und der online-Detektion von gebildeten Stoffwechselprodukten. Seit Anfang 2012 ist Lars Regestein Oberingenieur am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik und hat den Forschungsfokus seiner Gruppe auf die Entwicklung von online-Messverfahren, die Etablierung, Modellierung und Regelung von mikrobiellen Mischkulturen, sowie die Kultivierung von (hoch-)viskosen und somit äußerst komplexen biologischen Systemen gelegt.

Um die Forschungsideen zu verwirklichen, ist die Gruppe um Lars Regestein im Exzellenz-Cluster der RWTH Aachen „Tailor-Made Fuels from Biomass“ tätig, mit dem Ziel, lignocellulosehaltige Biomasse in die Plattformchemikalie Itakonsäure umzusetzen. Dabei wird das Potential einer Mischkultur untersucht, um die Hydrolyse von Cellulose, sowie die Umwandlung von Glucose zu Itakonsäure in einem Prozessschritt durchzuführen. Des Weiteren wird im Rahmen eines deutsch-kanadischen BMBF-Projekts die Quantifizierung von Mischkulturzusammensetzungen in Mikrotiterplatten erforscht. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse wurden im BioSC-Seed-Fund „MoniCon“ zur Etablierung von Mischkulturen aus optimierten Ustilago maydis-Stämmen angewendet. Auf dem Gebiet der Entwicklung von online-Messtechniken und -verfahren läuft seit Anfang 2016 der SEED-Fund „MetEvo“, der sich zusammen mit der Arbeitsgruppe von Dr. Jan Marienhagen (FZ Jülich) mit der kontinuierlichen Umsetzung von Methanol durch einen genetisch modifizierten Corynebacterium glutamicum-Stamm beschäftigt. Methanol wird zurzeit ausgehend von Synthesegas produziert, welches wiederum auf Basis fossiler Energieträger hergestellt wird. Um diesen sehr preiswerten Ausgangsstoff auch zukünftig in bioverfahrenstechnischen Prozessen als Kohlenstoff- und Energiequelle einsetzen zu können, wird der genetisch modifizierte C. glutamicum mittels der am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik entwickelten Technologien hinsichtlich Methanol-Umsatz weiter optimiert werden.

Die Arbeitsgruppe von Lars Regestein umfasst derzeit sieben Doktoranden und zwei Gastprofessoren aus Kanada und Brasilien.