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Promotion von Jakob Walther
Herr M. Sc. Jakob Walther hat erfolgreich seine Promotion zum Dr.-Ing. mit dem Thema "Entwicklung eines Moving-Bed-Biofilm-Photobioreaktors und weiterer Methoden zur Erforschung neuer antibakterieller Wirkstoffe aus Cyanobakterien" abgeschlossen. Die BioVT wünscht ihm viel Erfolg im weiteren Lebensweg!
Cyanobakterien bieten durch ihre hohe Diversität ein großes Potenzial für pharmazeutisch wirksame Naturstoffe, besonders für Antibiotika. Um diese zu entdecken und der pharmazeutischen Forschung zur Verfügung zu stellen, ist aber noch viel Grundlagenarbeit notwendig. Dazu wurden Methoden entwickelt, um antibakteriell wirksame Extrakte mittels XAD-Adsorbern aus den Überständen von 49 Cyanobakterien-Stämmen aufzureinigen. Deren Inhibition gegen die zwei Testkeime Escherichia coli K12 und Bacillus spizizenii wurde in einem neu entwickelten sensitiven und robusten Assay getestet, der auf der Umsetzung von Resazurin basierte. Die vielversprechendsten Stämme waren Nostoc spec. BB 92.2, Tolypothrixdistorta BB 97.17 und Fischerella ambigua BB 97.28. Diese wuchsen bevorzugt auf festen Oberflächen in einem Zellverband innerhalb einer selbstproduzierten Matrix, einem sogenannten Biofilm. Um diese Wachstumsform zu unterstützen, wurde ein neuartiger Reaktor, der Moving-Bed-Biofilm-Photobioreaktor (MBPBR), entwickelt und charakterisiert. In diesem wuchs der Biofilm der Cyanobakterien auf kleinen HDPE-Carriern, welche in einer Wirbelschicht im Reaktor zirkuliert wurden. N. spec. BB 92.2 wuchs in dem MBPBR nahezu vollständig auf den Carriern und erreichte eine Raum-Zeit-Ausbeute von 0,018 gBiotrockenmasse L-1 Tag-1. Die Biomasse von T. distorta BB 97.17 wuchs zu 98 % als Biofilm und erreichte eine Raum-Zeit-Ausbeute von 0,016 gBiotrockenmasse L-1 Tag-1. Zum Vermessen des Biofilms auf den Carriern wurde eine Kopplung von zwei Tomographie-Arten verwendet, der optischen Kohärenz-Tomographie und einer neuentwickelten Methode der Mikro-Computertomographie. Hiermit konnte 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 Stammsammlung der Cyanobakterien etabliert, also der Langzeitlagerung der Cyanobakterien 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, gemessen über die Chlorophyll-Eigenfluoreszenz der Zellen, 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.