Interdisziplinäre Doktorandenprojekte

Promovierende in BioSC Core Groups haben die Möglichkeit, standort- und forschungsschwerpunkt-übergreifend interdisziplinäre Kleinprojekte mit sechsmonatiger Laufzeit zu beantragen. Dazu gibt es ein bis zwei Ausschreibungen pro Jahr.

Projekte 2024:

CyPrACoL – Efficiency of Cyanobacterial Production with Artificially Composed Lights

Tobias Pfennig, Computational Life Science, RWTH Aachen
Andreas Nakielski, Synthetische Mikrobiologie, HHU Düsseldorf

Laufzeit: 01.01.-30.06.2024

Cyanobakterien werden in Industrie und Forschung mit Beleuchtungssystemen kultiviert, die sehr unterschiedliche zusammengesetzte Lichtspektren aufweisen (Johnson et al. 2018; Park und Dinh 2019). Übliche Beispiele sind Weißlichtquellen wie Halogen- oder Leuchtstofflampen und einfarbige Quellen mit Filtern oder LEDs. Es hat sich gezeigt, dass die Farbe der Bestrahlungsstärke das Wachstum, den Stoffwechsel und die biotechnologische Produktivität von Cyanobakterien maßgeblich beeinflusst (Luimstra et al. 2018; Park und Dinh 2019; Bernát et al. 2021; Rodrigues et al. 2023). Eine kürzlich von unserer Gruppe durchgeführte Modellierungsarbeit deutet darauf hin, dass sich die Nutzungseffizienz sogar zwischen verschiedenen Weißlichtquellen unterscheiden kann und dass die optimalen Lichtbedingungen auch vom ATP:NADPH-Verhältnis des Zielprodukts abhängen (Pfennig et al. 2023). Daher ist die Beleuchtung entscheidend für die Optimierung der Wachstumsbedingungen von Cyanobakterien. Künstliche Lichtquellen unterscheiden sich jedoch in ihrem Stromverbrauch und ihrer Effizienz, was die bioökonomische Frage aufwirft, welche Kultivierungslichtquellen langfristig am kosteneffizientesten sind (Johnson et al. 2018; Doğanşahin et al. 2021).

Daher zielt dieses Projekt darauf ab, die Förderung des Kulturwachstums und die Stromverbrauchskosten verschiedener Lichtquellen durch mechanistische mathematische Modellierung und Wachstumsexperimente zu bewerten. Interdisziplinäre Studien mit nicht-mechanistischen Modellen wurden bereits erfolgreich eingesetzt, um die Auswirkungen von Licht auf das Wachstum in Photobioreaktoren zu untersuchen (Souliès et al. 2016). Da sich Cyanobakterienstämme und -arten in ihrer Pigmentzusammensetzung und ihren Stoffwechselbedürfnissen unterscheiden, z. B. zwischen diazotrophen und nicht-diazotrophen Arten, werden wir auf Unterschiede in der Lichtpräferenz testen. Dieses Projekt wird auch Aufschluss über die Vergleichbarkeit von Wachstumsexperimenten geben, die mit unterschiedlichen Beleuchtungskonfigurationen durchgeführt wurden.