About Us: The “Microsystems in Bioprocess Engineering” group is situated within the Chemical Engineering (CIW) Faculty of the KIT. Our goal is to bridge the gap between microfluidic technologies and bioprocess development. We develop novel microfluidic tools (e.g., single-cell cultivation systems) and apply them to investigate research questions relevant to bioprocessing. Utilizing the acquired knowledge, our aim is to pioneer the development and establishment of new bioprocesses. Our work is conducted in a highly interdisciplinary manner, involving collaboration with experts in e.g. microbiology, physics, material and data science.

Background: Understanding microorganisms and their physiology is crucial for optimizing biotechnological processes. To assess efficiency, key performance indicators such as growth rates can be determined, which provide insight into growth as a function of external environmental conditions. Therefore, a synthetic coculture of Corynebacterium glutamicum strains with complementary amino acid auxotrophies is used. Studying their growth under various environmental conditions can provide valuable insights into their overall biotechnological potential and shed light on their interactions as well as the overall coculture performance.

Project aim: This project focuses on single-cell-level microbial growth dynamics, investigating how auxotrophic C. glutamicum strains respond to nutrient and pH fluctuations under industrially relevant conditions.  The influence of process parameters is examined with high spatio-temporal control, even at limiting nutrient concentrations, revealing microbial growth responses that remain undetected by bulk measurements. The specific objective and scope of the thesis can be discussed with consideration of your interests.

Your tasks:

• Fabrication of microfluidic cultivation devices
• Sterile cultivation of auxotrophic bacteria
• Microfluidic single-cell cultivation under different cultivation conditions combined with time-lapse imaging
• Analysis, evaluation and interpretation of single-cell imaging data

Your qualification:

• Background in bioengineering, bioinformatics, biotechnology or similar
• Knowledge of microbiological methods, sterile working
• Interest in multidisciplinary research  
• Structured, independent and meticulous working method

Contact:

Judith Wegmann
E-Mail: judith.wegmann∂kit.edu

Einzelzellanalyse von auxotrophen C. glutamicum in mikrofluidischen Kanälen

Über uns: Die Gruppe „Mikrosysteme in der Bioverfahrenstechnik“ ist Teil der Fakultät für Chemieingenieurwesen (CIW) am KIT. Unser Ziel ist es, eine Schnittstelle zwischen mikrofluidischen Technologien und der Entwicklung von bioverfahrenstechnischen Prozessen zu bilden. Wir entwickeln neuartige mikrofluidische Tools (z. B. Einzelzell-Kultivierungssysteme) und setzen diese ein, um für die Bioprozesstechnik relevante Forschungsfragen zu untersuchen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wollen wir neue Wege bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Bioprozesse erschließen. Unsere Arbeit ist stark interdisziplinär ausgerichtet und erfolgt in Zusammenarbeit mit Expertinnen und Experten aus Bereichen wie Mikrobiologie, Physik, Materialwissenschaften und Informatik

Hintergrund: Das Verständnis von Mikroorganismen und ihrer Physiologie ist für die Optimierung biotechnologischer Prozesse von entscheidender Bedeutung. Zur Beurteilung der Effizienz lassen sich Performance-Kennzahlen wie Wachstumsraten ermitteln, die Aufschluss über das Wachstum in Abhängigkeit von den äußeren Umweltbedingungen geben. Dafür wird eine synthetische Cokultur aus      C. glutamicum-Stämmen mit komplementären Aminosäure-Auxotrophien verwendet. Die Untersuchung ihres Wachstums unter verschiedenen Umweltbedingungen kann wertvolle Erkenntnisse über ihr gesamtes biotechnologisches Potenzial liefern und Aufschluss über die Gesamtleistung der Cokultur geben.

Ziel: Im Mittelpunkt dieses Projekts steht die Untersuchung des mikrobiellen Wachstums auf Einzelzellniveau. Dabei wird untersucht, wie auxotrophe C. glutamicum-Stämme unter industriell relevanten Bedingungen, wie auf Schwankungen der Nährstoffkonzentration und des pH-Werts reagieren. Der Einfluss von Prozessparametern wird unter hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung untersucht. Das konkrete Ziel der Arbeit kann aber je nach Interesse besprochen werden.

Deine Aufgaben:

• Herstellung mikrofluidischer Chips zur Kultivierungs
• Sterile Kultivierung auxotropher Bakterien
• Mikrofluidische Einzelzellkultivierung in Kombination mit Zeitrafferaufnahmen
• Analyse, Auswertung und Interpretation von Einzelzell-Bilddaten

Qualifikation:

• Hintergrund in Bioingenieurwesen, Bioinformatik, Biotechnologie oder ähnlichen Fachgebieten
• Kenntnisse in mikrobiologischen Methoden und im sterilen Arbeiten
• Interesse an interdisziplinärer Forschung
• Strukturierte, selbstständige und sorgfältige Arbeitsweise

Kontakt:

Judith Wegmann
E-Mail: judith.wegmann∂kit.edu