Isabelle Barth

Für meine Doktorarbeit beschäftige ich mich mit der Untersuchung der Auswirkungen von Scherkräften auf die Morphologie und die Produktion filamentöser Pilze. Filamentöse Pilze wie Penicillium sind in der biotechnologischen Industrie bereits seit vielen Jahren etabliert. Ein bekanntes Beispiel ist die Antibiotikaproduktion, oder auch die Zitronensäureproduktion durch Aspergillus niger. Filamentöse Pilze produzieren eine sehr breite Palette interessanter Stoffe, die nur darauf warten erforscht zu werden. In meiner Arbeit beschäftige ich mich mit dem filamentösen Pilz Penicillium sp. IBWF 040-09. Dieser ist von Interesse, weil er eine Protease-hemmende Substanz produziert, welche die Bekämpfung der afrikanischen Schlafkrankheit voranbringen könnte.

Das Wachstum filamentöser Pilze kann in zwei Formen auftreten, entweder als Pellets (kleine Kugeln) oder als freie Myzelien (fadenförmig). Je nachdem welche Wachstumsform (Morphologie) auftritt, kann die Produktion begünstigt oder verringert werden. Mein Ziel ist es die mechanischen Einflussfaktoren zu finden und gemeinsam mit einem Doktoranden des Maschinenbaus den Reaktor zu optimieren. Bisher konnte schon gezeigt werden, dass unterschiedliche Strömungsverhältnisse Morphologie-Änderungen beim Pilz hervorrufen. Die Scherkräfte im Medium sollen mittels Untersuchung der Mischzeit und CFD-Berechnungen ermittelt werden. Der interdisziplinäre Ansatz in unserem Projekt ParaMorphoPharm soll ermöglichen neue Bioreaktorgeometrien zu erhalten um die Pilzmorphologie bei der Fermentation in die gewünschte Richtung zu beeinflussen. In meinem Forschungskolleg arbeite ich ebenfalls eng mit zwei Arbeitsgruppen der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und einer Arbeitsgruppe der Technischen Hochschule Bingen zusammen, welche die Extrakte und die darin enthaltenen Substanzen gegen Krebszellen oder wichtige Angriffspunkte gegen Krankheiten oder Viren testen. 

Mein Arbeitsalltag findet zu 85 % im Labor statt. Er besteht aus der Planung von Experimenten, der Fermentation, d.h der Anzucht des Pilzes und der Analyse des Experiments. Nach ca. einer Woche Fermentation, ist es möglich die Produkte aus der gebildeten Biomasse zu extrahieren. Die Analyse erfolgt durch Auftrennung des Extraktes in verschiedene Fraktionen mittels Chromatographie und der Durchführung eines Inhibitionsassays, d.h. einem Test, welcher die Hemmung einer Protease feststellen kann. Dieser Extraktionsprozess besteht aus vielen Einzelschritten, welche ebenfalls angepasst und optimiert werden müssen. Neben der Fermentation führe ich außerdem Mischzeitversuche durch, bei welchen ein Video einer Farbreaktion bei verschiedenen Strömungen durchgeführt und analysiert wird. Dies dient zur Beurteilung des Bioreaktorsetups und als Abgleich für die CFD-Simulationen der Strömung. Mit diesen Ergebnissen kann anschließend die Planung neuer Fermentationen mit anderen Rührern, Einbauten oder anderen Bioreaktorgeometrien erfolgen. Ich überlege mir dazu auch neue Versuche, mit welchen ich die Wachstumsform quantifizieren und qualifizieren kann. Dazu plane ich den Aufbau zunächst auf Papier, falls dann individuelle Teile benötigt werden, kann ich diese mittels CAD gestalten und mit dem 3D-Drucker fertigen.