Zusammenfassung

Im Projekt LEDCyans werden phototrophe Kultivierung von dem Cyanobakterien Synechocystis sp. PCC 6803 in einem Photokultivierungssystem durchgeführt und online überwacht. Das  Photokultivierungssystem besteht aus der Kombination zweier innovativer Technologien für Schüttelkolben. Diese Technologien sind ein neuartiges LED-Beleuchtungsmodul (LEDitSHAKE, Fraunhofer IME), mit dem Schüttelkolbenkulturen mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge und Intensität bestrahlt werden können, und das Respiration Activity MOnitoring System RAMOS. Das Kultivierungssystem wird zur Optimierung der Kultivierungsbedingungen von Synechocystis sp. PCC 6803 eingesetzt. Dabei sollen die Produktausbeuten für zwei unterschiedliche Prozesse maximiert werden. Die beiden Modellprodukte sind Squalen und Saccharose. Squalen ist ein hochwertiges Produkt mit Anwendungen in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie. Für die Produktion von Squalen wird der Kohlenstofffluss in Synechocystis sp. PCC 6803 auf die Squalenproduktion ausgerichtet, indem eine induzierbare Überexpression der Squalen-Synthase integriert wird. Für den zweiten Prozess wird Synechocystis sp. PCC 6803 mit dem Saccharose-Transporter CscB ausgestattet, um Lichtenergie und CO₂ in den fermentierbaren Zucker Saccharose umzuwandeln, welcher in das Medium sekretiert wird. Die Fixierung von CO₂ in Form von Saccharose als Kohlenstoffquelle für heterotrophe Organismen bildet die Grundlage für zukünftige Co-Kulturen mit Hefen (e.g. Pichia pastoris) oder Pilzen (e.g. Ustilago maydis) in nachhaltigen Bioprozessen. Durch die Überwachung der Photosynthese- und Atmungsaktivität der phototrophen Kulturen wird der direkte Einfluss von Lichtfarbe, Lichtintensität und CO₂-Partialdruck auf das Wachstum von Synechocystis sp. PCC 6803 und auf die  Produktausbeute untersucht. Beide angestrebten Modellprozesse werden in einen 1 L Rührkesselfermenter (Lambda Laboratory Instruments) hoch skaliert. Als Gütekriterium für den Scale-up wird der Verlauf der Photosynthese- und Atmungsaktivität und der Produktausbeute mit den Ergebnissen aus den Schüttelkolbenversuchen verglichen. Die Ergebnisse der Fermenterkultivierungen werden zur Erstellung eines mathematischen Prozessmodells verwendet, um eine wirtschaftliche Bewertung der Squalenproduktion durchzuführen und die Gesamtkohlenstoffbilanz zu bewerten. Das LEDCyans Team besteht aus Experten für Cyanobakterien und Verfahrenstechnik. Darüber hinaus wird das  Anwendungspotenzial eines innovativen Photokultivierungssystems als Plattformtechnologie für eine schnelle Bioprozessentwicklung mit phototrophen Mikroorganismen demonstriert.

SEED FUND 3.0 Projektleiter

Prof. Dr. Jørgen Magnus
AVT - Bioverfahrenstechnik
RWTH Aachen
email: jorgen.magnus[at]avt.rwth-aachen.de

Partner

Prof. Dr. Jørgen Magnus, AVT - Bioverfahrenstechnik, RWTH Aachen
Prof. Dr. Ilka Maria Axmann, Synthetische Mikrobiologie, HHU Düsseldor

External Partners

Dr. Stefan Rasche, Ann-Katrin Beuel, Fraunhofer IME, Aachen

Projektlaufzeit

01.10.2023 - 31.03.2025

Förderung

LEDCyans ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wird vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.