Charakterisierung der Wachstumsrobustheit von AMP-produzierenden C. glutamicum-Stämmen unter oszillierenden Umweltbedingungen

Über uns: Die Arbeitsgruppe „Microsystems in Bioprocess Engineering“ ist in der Fakultät für Chemieingenieurwesen (CIW) am KIT angesiedelt. Unser Ziel ist es, die Lücke zwischen mikrofluidischen Technologien und der Bioprozessentwicklung zu schließen. Wir entwickeln neuartige mikrofluidische Werkzeuge (z. B. Einzelzell-Kultivierungssysteme) und nutzen diese zur Untersuchung bioprozessrelevanter Fragestellungen. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse streben wir an, neue Bioprozesse zu entwickeln und zu etablieren. Unsere Arbeit erfolgt stark interdisziplinär in Zusammenarbeit mit Expert:innen aus Bereichen wie Mikrobiologie, Physik, Material- und Datenwissenschaft.

Hintergrund: Antibiotikaresistenzen gehören heute zu den größten Herausforderungen unserer Gesellschaft. Antimikrobielle Peptide (AMP) könnten eine mögliche Lösung darstellen. Ihre Produktion in großtechnischen Bioreaktoren ist jedoch schwierig, da in industriellen Bioprozessen aufgrund unzureichender Durchmischung Gradienten verschiedener Prozessparameter wie z. B. Glukosekonzentration und pH-Wert innerhalb eines Bioreaktors entstehen. Diese Gradienten können die Leistungsfähigkeit der kultivierten Mikroorganismen beeinflussen und beispielsweise zu einer verringerten Produktivität, einer reduzierten Lebensdauer sowie zu erhöhter Zellheterogenität führen. Diese Faktoren tragen zu einer schlechten Vorhersagbarkeit und Reproduzierbarkeit beim Scale-up bei. Daher ist es entscheidend, den Einfluss mehrerer prozessrelevanter Parameter auf das Wachstumsverhalten AMP-produzierender Mikroorganismen zu untersuchen und die robustesten Stämme auszuwählen, die eine geringere Anfälligkeit gegenüber Umweltheterogenität aufweisen.

Projekt Ziel: Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Einfluss oszillierender Kultivierungsbedingungen (z. B. pH-Wert und AMP-Konzentration) auf das Einzelzell-Wachstumsverhalten von AMP-produzierenden Corynebacterium glutamicum-Stämmen systematisch zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden fortschrittliche mikrofluidische Kultivierungssysteme in Kombination mit Live-Cell-Imaging-Technologien eingesetzt, um dynamische mikrofluidische Einzelzellkultivierungen (dMSCC) durchzuführen und das Wachstumsverhalten auf Einzelzellebene systematisch zu analysieren. Auf Grundlage dieser Ergebnisse sollen die robustesten Stämme identifiziert und ausgewählt werden.

Deine Aufgaben:

• Herstellung mikrofluidischer Einzelzell-Kultivierungssysteme
• Durchführung mikrofluidischer Einzelzell-Kultivierungsexperimente
• Analyse, Auswertung und Interpretation von Einzelzell-Bilddaten
• Anwendung automatisierter Zellsegmentierungstools

Deine Qualifikationen:

• Hintergrund in Bioingenieurwesen, Biotechnologie oder einem verwandten Bereich
• Kenntnisse mikrobiologischer Methoden
• Interesse an interdisziplinärer Forschung
• Gute Deutsch- oder Englischkenntnisse in Wort und Schrift
• Strukturierte, selbstständige und sorgfältige Arbeitsweise

Kontakt:
Yannick Scholz            
E-Mail: yannick.scholz∂kit.edu