Filamentöse Bakterien und Pilze sind wichtige Produzenten zahlreicher pharmazeutischer Verbindungen. Actinomadura namibiensis ist der natürliche Produzent des Sekundärmetaboliten Labyrinthopeptin A1, einem Lantibiotikum, das aufgrund seiner antiviralen Wirkung gegen HIV, HSV sowie das Dengue- und Zika-Virus Interesse erregt. Als filamentöses Bakterium wächst dieser Organismus nicht durch Zellteilung, sondern in Form von eng verzweigten, annähernd kugelförmigen Filamentnetzwerken, den Pellets. Dabei ist die Dichte dieser Strukturen für die Substratversorgung der Biomasse von entscheidender Bedeutung. So wirkt sich beispielsweise eine hohe Dichte negativ auf den Stofftransport entlang des Pelletradius aus und führt zu Substratlimitierungen.
Dies stellt besondere Herausforderungen für die Entwicklung eines effizienten Bioprozesses zur Labyrinthopeptin A1-Produktion. So wird die genaue Charakterisierung des Pellet-artigen Wachstums von A. namibiensis benötigt, um die prozesstechnischen Werkzeuge zur Optimierung von Wachstum und Produktivität der Kulturen zu identifizieren.
Im Rahmen dieses Projekts wird somit der Zusammenhang zwischen der Substratversorgung, Morphologie und Produktivität von A. namibiensis-Pellets genauer untersucht. Dies erfolgt zum einen mit Hilfe verschiedener spezifischer Methoden, u.a. der Aufnahme von Sauerstoffprofilen mittels Mikroelektrodenmessung, der Bestimmung von Sedimentationsgeschwindigkeiten der Pellets sowie der umfassenden Untersuchung von Pelletstrukturen und ihrer Porösität mittels konfokaler Laserraster-Mikroskopie (CLSM). Zum anderen werden Einzelpelletkultivierungen in einer Mikroblasensäule durchgeführt. Diese dienen der Ermittlung von Bilanzen (Substratverbrauch, Produktsynthese, Wachstum) auf der Ebene eines einzelnen Pellets in Abhängigkeit von verschiedenen Kultivierungsbedingungen.
In Kooperation mit dem Institut für Mechanik und Adaptronik (IMA) der TU Braunschweig werden darüber hinaus Beanspruchungsversuche durchgeführt, um so das Elastizitätsverhalten der Pellets bei Kollisionen miteinander oder mit den Reaktorwänden zu charakterisieren. Anschließend soll aus den gemeinsam durchgeführten Untersuchungen ein Modell für die Vorhersage der Produktivität von Pelletkultivierungen entwickelt werden.
Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung des Projekts „Einfluss belastungsinduzierter Morphologieänderungen auf die Produktivität filamentöser Pelletsysteme am Beispiel von Actinomadura namibiensis“.