Die hydrodynamischen Verhältnisse bei der Kultivierung filamentöser Organismen haben entscheidenden Einfluss auf die Wuchsform und damit auf die Produktivität der Organismen. Der filamentöse Pilz Aspergillus niger wird im SFB 578 zur Produktion von Glycosyltransferasen und von Antikörpern eingesetzt. Der Pilz kann, je nach Kultivierungsbedingungen, sowohl als Pellet unterschiedlicher Größe und Dichte, als auch als freies Myzel wachsen. Durch die Kenntnis physikalischer Eigenschaften der Sporen und Hyphen, wie z.B. auftretende Haftkräfte von Sporen bzw. Bruchkräfte und -spannungen von Hyphen, können die mechanischen Mikroprozesse bei der Kultivierung geklärt werden. Daher werden die Haftkräfte von Sporen mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) und spezieller Versuchsdurchführung gemessen. Dabei wird mit Hilfe eines Mikromanipulators eine einzelne etwa 3 µm große Spore an die AFM Messsonde (Cantilever) angebracht (siehe Abbildung 1)
Der Haftkraftänderung zwischen Sporen sowie Sporen und Hyphen in unterschiedlichen Kultivierungsmedien wird dabei besondere Aufmerksamkeit geschenkt, da bekannt ist, dass der pH-Wert und der Salzgehalt des Mediums großen Einfluss auf die Oberflächenladung der Sporen ausüben. Dabei konnte bereits gezeigt werden, dass die Melaninschicht auf der Sporenoberfläche entscheidend für das elektrostatische Potential ist. Die Modellierung des Aggregationsprozesses als Gleichgewicht zwischen Aggregation und fluiddynamsich induzierter Deaggregation der Sporen/Sporen- bzw. Sporen/Hypen-Aggregate sollen diesen Teil des Projekts abschließen.
Im weiteren Verlauf des Projekts werden die mechanischen Eigenschaften einzelner Hyphen bestimmt (Abbildung 2). Die Messungen werden ebenfalls mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops und eines Nanoindenters in Flüssigkeit unter verschiedenen Umgebungsbedingungen durchgeführt. Ziel ist dabei die Bestimmung von mechanischen Eigenschaften der Hyphen wie der Zellulären Federkonstanten, der Elastizitätsmoduli oder der Bruchkräfte. Auf Grundlage dieser Werte und zusätzlichen Experimenten in einer Cuette-Scherapparatur sollen Bruchkinetiken für Aspergillus niger entwickelt werden.
Abbildung 2
Dieses Projekt wird als Teilprojekt im Rahmen des SFB 578 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.