Beschreibung

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines kontinuierlich betriebenen Bioreaktors für die elektrodenbasierte Fermentation von Plattformchemikalien. Dabei sind die optimale Kohlenstoffnutzung und hohe Raum-Zeit-Ausbeuten im Vergleich zu den klassischen Batchfermentationen ein klarer Benchmark. Das exoelektrogene Proteobakterium Shewanella oneidensis soll für diesen Zweck als stabiler Produktionsorganismus mit der Fähigkeit zur Ausbildung eines leitfähigen Biofilms auf Anoden angepasst werden. Für die Anpassung soll der Organismus mit Hilfe des CRISPR/Cas genome editing stabilisiert werden. Für die Kultivierung soll ein skalierbarer Bioreaktor mit angepassten Elektroden entworfen und konstruiert werden, der sowohl ein optimales Biofilmwachstum als auch einen sehr guten Elektronentransfer zwischen Bakterien und Elektrodenmaterial garantiert. Anaerobe Fermentationen sind in biotechnologischen Produktionsprozessen hoch erwünscht. Es gibt jedoch viele Produkte, in denen der Kohlenstoff eine höhere Oxidationsstufe hat als im Substrat. Um dafür Elektronenakzeptoren zur Verfügung zu stellen, sind Anoden perfekt geeignet, da sie über einen großen Bereich geregelt werden können. Voraussetzung dafür sind exoelektrogene biofilmbildende Produktionsstämme, die parallel einen elektrischen Strom erzeugen. Diese Art der Kultivierung hat ein hohes Potential für die Zukunft, jedoch sind die Produktionsraten zurzeit auch aus Mangel an skalierbaren Bioreaktoren noch zu niedrig.

Drei Forschungshypothesen treiben das Projekt:

1. Es ist möglich S. oneidensis so weit zu verändern, dass der Organismus stabile leitende Anodenbiofilme bildet, mit denen hohe Raum-Zeit-Ausbeuten erzielt werden können.
2. Die bioelektrochemische Produktion ist in der Zukunft die Methode der Wahl für kontinuierlich betriebene Fermentationen.
3. Skalierbare Bioreaktoren für die bioelektrochemische Fermentation werden die biotechnologische Produktion von Plattformchemikalien auf eine neue Stufe heben