fermSYS - VOC Sensoren für die Entwicklung von nachhaltigen Bioprozessen an der ETH Zürich
- 22. Juli
- 2 Min. Lesezeit
Dr. Sc. Philipp Keller (ETH Zurich), Dr. Karin Ammon (fermSYS GbR)
Genetische Modifikation von E. coli für eine kreislauforientierte Kohlenstoffwirtschaft
Der Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft erfordert nachhaltige Alternativen zu fossilen Rohstoffen. Ein-Kohlenstoff-Substrate (C1), wie beispielsweise grünes Methanol, das aus Biomasse, industriellen Abgasen oder abgeschiedenem Kohlendioxid hergestellt wird, entwickeln sich zu vielversprechenden Bausteinen für die chemische Industrie der Zukunft. Ihre effiziente biologische Umwandlung in wertvolle Chemikalien birgt das Potenzial, den CO₂-Fußabdruck der industriellen Biotechnologie erheblich zu verringern.
Im Vorholt-Labor am Institut für Mikrobiologie der ETH Zürich leisten Forscher Pionierarbeit bei diesem Wandel, indem sie den in der Industrie weit verbreiteten Mikroorganismus Escherichia coli so modifizieren, dass er auf Methanol wächst. Diese synthetischen methylotrophen Stämme stellen einen wichtigen Schritt dar, um Methanol als nachwachsenden Rohstoff für die biologische Produktion zu etablieren.
Optimierung von Bioprozessen auf Methanolbasis
Die gentechnische Veränderung von Mikroorganismen zur effizienten Verwertung von Methanol ist eine komplexe Herausforderung. Neben dem "Metabolic Engineering" erfordert eine erfolgreiche Prozessentwicklung eine präzise Steuerung der Methanolverfügbarkeit während der gesamten Kultivierung. Zu niedrige Methanolkonzentrationen können das Zellwachstum hemmen, während zu hohe Konzentrationen die Zellleistung und die Prozessstabilität beeinträchtigen können.
Um diese Optimierung zu unterstützen, wurde ein fermSYS-VOC-Sensor in die Abluft der Fermentationen integriert. Der Sensor ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Methanolverbrauchs während der Fermentation und liefert den Forschern wertvolle Prozessdaten in Echtzeit, deren Ermittlung andernfalls eine arbeitsintensive Offline-Analyse erfordern würde.
Die kontinuierliche Methanol-Überwachung ermöglicht:
die Dynamik des Methanol-Verbrauchs während des gesamten Kultivierungsprozesses zu verfolgen;
die Strategien zur Methanol-Zufuhr zu optimieren;
die Leistung verschiedener gentechnisch veränderter methylotropher E. coli-Stämme zu vergleichen;
einfach und schnell Prozessdaten zu generieren, um die Stamm- und Prozessentwicklung zu beschleunigen.
Schneller zu nachhaltigen Bioprozessen
Durch die Kombination von modernem "Metabolic Engineering" mit einer kontinuierlichen Prozessüberwachung trägt die ETH Zürich dazu bei, das Potenzial von Methanol als nachhaltige Kohlenstoffquelle für die industrielle Biotechnologie zu erschließen. Die Integration des fermSYS-VOC-Sensors stellt ein wichtiges Analyseinstrument dar, um Bioprozesse der nächsten Generation voranzutreiben und die kreislauforientierte und ressourceneffizientere Bioökonomie zu fördern.
Wir sind stolz darauf, Forscher an der ETH Zürich mit Echtzeit-Sensortechnologie zu unterstützen, die intelligentere Fermentationsprozesse ermöglicht und Innovationen im Bereich der nachhaltigen Biotechnologie vorantreibt.
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