W2V - NovelBioChem - Novel Microorganisms for the Production of Biobased Chemicals; Teilprojekt 1 PFI - Isolierung und Charakterisierung von strikt anaeroben Mikroorganismen aus Biogasanlagen für die fermentative Gewinnung von chemischen Grundstoffen

Abstract

Das Teilvorhaben 1 des Verbundprojekts NovelBioChem verfolgte das Ziel, neue strikt anaerobe Produktionsorganismen aus Biogasfermentern zu identifizieren, anzureichern, zu isolieren und physiologisch zu charakterisieren. Im Fokus standen Stämme zur fermentativen Herstellung von Milchsäure, Bernsteinsäure und Butandiol. Auf Basis von chemisch-physikalischen und mikrobiologischen Analysen von fünf Biogasanlagen wurden anaerobe Kultivierungs- und Anreicherungsstrategien entwickelt und Medien für die gezielte Anreicherung und Isolierung erprobt. Die gewonnenen Isolate wurden anschließend phylogenetisch und physiologisch charakterisiert und in Batch- sowie Fed-Batch-Fermentationen hinsichtlich Wachstumsverhalten, Substratnutzung, Produktausbeute und Prozessstabilität untersucht. Die Untersuchungen an den Biogasanlagen zeigten ein breites Spektrum chemisch-physikalischer Randbedingungen. Auf dieser Basis konnten geeignete Anlagen für vertiefte Untersuchungen identifiziert und kultivierbare Zielorganismen gezielt angereichert werden. In der Folge wurden mehrere biotechnologisch relevante Reinkulturen isoliert und charakterisiert. Dazu zählen Lactobacillus amylovorus spec. und Lactobacillus rhamnosus spec. als leistungsfähige Milchsäureproduzenten sowie Bacillus licheniformis spec. als Produzent von 2,3-Butandiol. In den Fermentationsversuchen bestätigten die Stämme ihr hohes Anwendungspotenzial. Lactobacillus amylovorus spec. erreichte bei der Umsetzung von Stärke hohe Milchsäurekonzentrationen bei geringer Nebenproduktbildung. Bacillus licheniformis spec. konnte als 2,3-Butandiol-Produzent sowohl im Batch- als auch im Fed-Batch-Verfahren erfolgreich kultiviert werden. Somit konnten im Vorhaben belastbare Grundlagen für die Nutzung neuer Produktionsorganismen mit reststoffbasierten Substraten geschaffen wurden.