Interdisziplinäre Doktorandenprojekte

Doktoranden in den BioSC CoreGroups haben die Möglichkeit, sich für interdisziplinäre Kleinprojekte mit einer Dauer von sechs Monaten zu bewerben, die sich auf verschiedene BioSC-Partnerstandorte und Forschungsbereiche erstrecken. Es gibt ein bis zwei Ausschreibungen pro Jahr.

Projekte 2025:

Foto: Angewandte Mikrobiologie, RWTH Aachen Foto: Angewandte Mikrobiologie, RWTH Aachen

Das HAIPSs3D-Projekt entwickelte eine extrem kostengünstige mikrofluidische Live-Cell-Imaging-Plattform, indem ein 3D-gedrucktes Open-Flexure-Mikroskop mit KI-basierter Bildanalyse kombiniert wurde. Das Gesamtsystem kostete etwa 300 EUR und ermöglichte die automatisierte Bildaufnahme von mehreren Kultivierungskammern für Live-Cell-Experimente mit Corynebacterium glutamicum. Mithilfe von CellposeSAM und acia-workflows realisierten wir eine automatisierte Segmentierung und die quantitative Bestimmung von Einzelzellparametern, darunter Wachstumsraten von 0,64–0,77 h⁻¹ sowie die erwartete bimodale Zellgrößenverteilung einzelner Zellen. Fokusverlust während der Mikroskopbewegung und eine langsame xy-Verfahrt begrenzten die zeitliche Auflösung, dennoch waren die quantitativen Auswertungen robust, und die Ergebnisse sind in einem Manuskript zur Einreichung zusammengestellt (siehe Anhang). Parallel dazu entwickelten wir genetische Werkzeuge für kontrollierte Phototoxizitätsstudien, indem vier Photosensibilisatoren in induzierbare Expressionsvektoren für C. glutamicum und Pseudomonas putida kloniert wurden, was eine robuste, fein abstimmbare Expression ermöglichte. Viabilitätsassays in Batch-Kulturen (Propidiumiodid) zeigten ausgeprägte, sowohl photosensibilisator- als auch stammabhängige Unterschiede in der Phototoxizität und belegen damit eine präzise Kontrolle lichtinduzierter Zellschädigung. Aus Zeitgründen konnten wir die Low-Cost-Imaging-Plattform und photosensibilisatorbasierte Phototoxizitätsexperimente noch nicht in einer integrierten Studie zusammenführe. Die Projektergebnisse schaffen jedoch eine ausgezeichnete Grundlage, um diesen kombinierten Ansatz in naher Zukunft umzusetzen.  

Foto: Illustration der interdisziplinarischen Zusammenarbeit in diesem Projekt, Forschungszentrum Jülich Foto: Illustration der interdisziplinarischen Zusammenarbeit in diesem Projekt, Forschungszentrum Jülich

Das HAIPSs3D-Projekt entwickelte eine extrem kostengünstige mikrofluidische Live-Cell-Imaging-Plattform, indem ein 3D-gedrucktes Open-Flexure-Mikroskop mit KI-basierter Bildanalyse kombiniert wurde. Das Gesamtsystem kostete etwa 300 EUR und ermöglichte die automatisierte Bildaufnahme von mehreren Kultivierungskammern für Live-Cell-Experimente mit Corynebacterium glutamicum. Mithilfe von CellposeSAM und acia-workflows realisierten wir eine automatisierte Segmentierung und die quantitative Bestimmung von Einzelzellparametern, darunter Wachstumsraten von 0,64–0,77 h⁻¹ sowie die erwartete bimodale Zellgrößenverteilung einzelner Zellen. Fokusverlust während der Mikroskopbewegung und eine langsame xy-Verfahrt begrenzten die zeitliche Auflösung, dennoch waren die quantitativen Auswertungen robust, und die Ergebnisse sind in einem Manuskript zur Einreichung zusammengestellt (siehe Anhang). Parallel dazu entwickelten wir genetische Werkzeuge für kontrollierte Phototoxizitätsstudien, indem vier Photosensibilisatoren in induzierbare Expressionsvektoren für C. glutamicum und Pseudomonas putida kloniert wurden, was eine robuste, fein abstimmbare Expression ermöglichte. Viabilitätsassays in Batch-Kulturen (Propidiumiodid) zeigten ausgeprägte, sowohl photosensibilisator- als auch stammabhängige Unterschiede in der Phototoxizität und belegen damit eine präzise Kontrolle lichtinduzierter Zellschädigung. Aus Zeitgründen konnten wir die Low-Cost-Imaging-Plattform und photosensibilisatorbasierte Phototoxizitätsexperimente noch nicht in einer integrierten Studie zusammenführe. Die Projektergebnisse schaffen jedoch eine ausgezeichnete Grundlage, um diesen kombinierten Ansatz in naher Zukunft umzusetzen.