Entwicklung von Prozessen zur Kultivierung von Planctomyceten in Suspensions- und Festbett-Systemen anhand von Planctopirus limnophila als Modellorganismus für schwerkultivierbare Mikroorganismen

Aufgrund geringer Fortschritte bei der Entwicklung neuer Antibiotika bietet die Untersuchung unterrepräsentierter Phyla einen vielversprechenden Lösungsansatz zur Entdeckung neuer bioaktiver Leitstrukturen. Planctomyceten stellen aufgrund ihrer phylogenetischen Distanz zu etablierten antibiotikaproduzierenden Stämmen und ihrer großen Genome, die zahlreiche biosynthetische Gencluster enthalten, eine vielversprechende Ressource für bioaktive Substanzen dar. Jedoch erweist sich die Kultivierung von Planctomyceten als herausfordernd und resultierte in der Vergangenheit in Prozessen mit niedriger Biomassenausbeute. Der Fokus dieser Arbeit lag in der Prozessentwicklung zur Kultivierung von Planctomyceten in Suspension und auf Oberflächen im Festbett. Ausgehend von einem Komplex-Medium wurde ein chemisch definiertes Medium (D1ASO) entwickelt, um den Modellorganismus Planctopirus limnophila in hohen Zelldichten zu kultivieren. Die anschließende Kultivierung im Rührkesselreaktor, verbunden mit einer exponentiellen Glucosefütterung, resultierte unter Verwendung des chemisch definierten D1ASO-Mediums in einer Steigerung der Raumzeit-Zeit-Ausbeute um den Faktor ~13 gegenüber Vergleichsprozessen.
Für die gezielte Bildung von Biofilmen im Festbett erfolgte ein Vergleich unterschiedlicher Träger hinsichtlich des Bewuchses. Zudem wurde ein Screening durchgeführt, um Faktoren zu identifizieren, welche die Biofilmbildung von P. limnophila fördern. Anhand der Kultivierung im 40 mL Festbett-Maßstab wurde die erfolgreiche Biofilmbildung demonstriert sowie die prinzipielle Eignung indirekter Methoden zur Quantifizierung der Gesamtbiomasse, basierend auf dem Glucose- und Sauerstoffverbrauch von P. limnophila.