Entwicklung eines Moving-Bed-Biofilm-Photobioreaktors und weiterer Methoden zur Erforschung neuer antibakterieller Wirkstoffe aus Cyanobakterien

Cyanobakterien bieten durch ihre hohe Diversität ein großes Potenzial für pharmazeutisch wirksame Naturstoffe. Um diese der Forschung zur Verfügung zu stellen, ist aber noch Grundlagenarbeit notwendig. Dazu wurden Methoden entwickelt, um antibakteriell wirksame Extrakte mittels XAD-Adsorbern aus 49 Cyanobakterien-Stämmen aufzureinigen. Deren Inhibition gegen zwei Testkeime Escherichia coli K12 und Bacillus spizizenii wurde in einem neu entwickelten Assay getestet, der auf der Umsetzung von Resazurin basierte. Die vielversprechendsten Stämme wuchsen bevorzugt auf festen Oberflächen in einem Biofilm. Um diese Wachstumsform zu unterstützen, wurde ein neuartiger Moving-Bed-Biofilm-Photobioreaktor (MBPBR), entwickelt und charakterisiert. In diesem bildeten die Cyanobakterien einen Biofilm auf kleinen HDPE-Carriern in einer Wirbelschicht. Die Cyanobakterien wuchsen in dem MBPBR nahezu vollständig auf den Carriern und erreichten eine Raum-Zeit-Ausbeute von 0,016-0,018 gL-1 Tag-1. Zum Vermessen des Biofilms auf den Carriern wurde eine Kopplung der optischen Kohärenz-Tomographie und einer neuentwickelten Methode der Mikro-Computertomographie verwendet. Hiermit konnten zeitnah die Dicke und Rauheit des Biofilms sowie ortsaufgelöst dessen Volumen und der Bedeckungsgrad des Biofilms auf dem Carrier im Kultivierungszeitraum gemessen werden. Zusätzlich wurde eine Kryokonservierung der Cyanobakterien etabliert, also die Langzeitlagerung bei -80 °C. Hierbei wurden neue Methoden zur Bestimmung von dabei auftretenden Schäden an dem Wachstum und der Vitalität der Zellen untersucht. Dabei wurde das emerse Wachstum und eine Kinetik-Messung der Umwandlung von Resazurin verwendet. Außerdem wurde eine Methode zur quantitativen Polymerase-Kettenreaktion entwickelt, mit der die Zusammensetzung von Biomasse bei Kultivierungen von Cyanobakterien mit einer Kohlenhydratquelle gemessen werden konnte.