Dissertation (Metadaten)
Titel:The physiostat : feed-back controlled cultivation of microorganisms implemented for UVB radiation-influenced fluorescence kinetics in a photobioreactor for enhanced production of active agents in Synechocystis sp. PCC 6803
 
Autor:Kai Marxen
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-19611
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:570 Biowissenschaften, Biologie
 
Datum der mdl. Prüfung:31.01.2007
 
Referent(in):Prof. Dr. Ulf-Peter Hansen
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Gerd Pfister
 
Beschreibung (original):Keine englischsprachige Beschreibung vorhanden.
 
(übersetzt):Das hier vorgestellte Photobioreaktor System besteht aus vier identischen Einzelreaktoren. Jeder Reaktor wurde mit identischen Regelungssystemen (z.B. pH-Wert, Temperatur) und Bestrahlungsquellen (PAR-Licht und UVB-Strahlung) ausgestattet In Pilotstudien wurde das zeitliche Verhalten der von Synechocystis sp. PCC 6803 ausgestrahlten Fluoreszenzsignale untersucht, wenn Zellen unterschiedlichen Intensitäten und Frequenzen von UVB-Strahlung ausgesetzt wurden. Das Wissen dieser Pilotstudien wurde für die Entwicklung eines rückgekoppelten Regelkreises verwendet, der die Einführung einer neuen Prozessstrategie ermöglichte. Diese neue Strategie wurde Physiostat genannt. Sie ermöglichte die Kultivierung von Synechocystis sp. PCC 6803 in einem definiertem physiologischen Zustand, indem die photosynthetische Effizienz geregelt wurde. Die Stellgröße des Regelkreises war die UVB-Strahlung. Hauptanliegen der Untersuchungen war der Vergleich der UVB-induzierten Pigmentsynthese zwischen turbidostatischer Regelung und einer zusätzlichen physiostatischen Regelung. Die Pigmente wurde offline mittels Spektralanalyse und/oder HPLC gemessen. In turbidostatischen Prozessen wurden Zellen des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 unterschiedlichen, sprungförmig geänderten UVB-Intensitäten ausgesetzt. In den physiostatischen Prozessen wurden unterschiedliche Sollwerte der photosynthetischen Effizienz gewählt. Ein turbidostatischer Prozess ohne UVB-Bestrahlung wurde als Referenz verwendet, um sicherzustellen, dass die beobachteten Effekte durch UVB-Strahlung induziert wurden und keine intrinsischen Effekte von Synechocystis sp. PCC 6803 sind. Zusätzlich wurde das antioxidative Potential von Mikroorganismen mittels einer modifizierten, auf der Reduzierung von DPPH Radikalen basierenden Methode gemessen. Die Kultivierungsexperimente lieferten einige bemerkenswerte Punkte. Die wichtigsten sind: - Die photochemische Effizienz zeigt einen Erholungsprozess unter konstanter UVB-Bestrahlung. - Unter konstanten UVB-Intensitäten ist ein lineares Verhältnis zwischen der Abbaurate der Phycobilisomen und eingesetzter UVB-Intensität feststellbar. - Rückgekoppelt angesteuerte UVB-Strahlung in physiostatischen Prozessen unterdrückt vermutlich Reparatur- und Austauschprozess, die für die Erholung der photochemischen Effizienz in turbidostatischen, UVB-behandelten Prozessen verantwortlich sind. Zellen reagieren auf diese Unterdrückung mit einer gesteigerten Synthese von Karotenoiden, Xanthophyllen und alpha-Tocopherol. - alpha-Tocopherol ist durch UVB-Strahlung induzierbar. - In physiostatischen Prozesses findet eine schnellere Aufregulierung von Karotenoiden, Xanthophyllen und alpha-Tocopherol als in Kultivierungsprozessen statt, die durch UVB-Intensitäten in turbidostatischem Prozess beeinflusst werden. - Der Anstieg des antioxidativen Potentials von UVB-bestrahlten Zellen ist in physiostatischen Prozessen ausgeprägter. Diese Resultate zeigen, dass physiostatischen Prozesse unter Verwendung von UVB-Strahlung als Steuergröße eine viel versprechende Kultivierungsmethode für die gesteigerte Synthese von kommerziell interessanten Substanzen darstellen.
 
Schlagworte:Synechocystis ; physiostat, Synechocystis sp. PCC 6803, feed-back control, UVB-radiation, cultivation, active agents, fluorescence kinetics, microorganisms, photobioreactor
Bioreaktor ; Fluoreszenz ; Ultraviolett B
 
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