Mikroreaktorik für High Throughput-Einzelzellkultivierungen von Mikroorganismen - Systementwicklung

(gefördert durch VDI/VDE- Technologiezentrum Informationstechnik GmbH)

Projektpartner

• Hans-Knöll-Institut für Naturstoff-Forschung e.V., Jena
  
• Institut für Physikalische Hochtechnologie e.V., Jena

Projektinhalt

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Evaluierung von Mikroreaktoren für einen neuen Zugang zur Gewinnung neuer mikrobieller Wert- und Wirkstoffe, insbesondere medizinischer Therapeutika. Dazu sollen Mikrokammer- und Mikrokanalreaktoren aufgebaut und mit einer fluidischen und messtechnischen Peripherie versehen werden, in denen eine parallele Kultivierung von Mikroorganismen aus Einzelzellen und die Detektion des Wachstumsverhaltens unter speziellen Kulturbedingungen ermöglicht wird.

Von der prinzipiellen Syntheseleistung biologischer Zellen ist gegenwärtig wahrscheinlich nur ein sehr kleiner Teil praktisch nutzbar. Das hat seine Ursache in dem Umstand, dass bei der Kultivierung nur ein kleiner Teil der in der Natur vorhandenen Zellen tatsächlich zu Wachstum und Fortpflanzung angeregt werden kann und bei der genomischen Amplifikation in der Regel nur kleine, sehr spezifisch adressierte Abschnitte ausgelesen werden. Die Erschließung der Syntheseleistung von beliebigen Zellen ist stark an die Kultivierbarkeit bzw. die Erschließung größerer Genabschnitte aus dem gesamten Genpool einer Zelle gekoppelt. Im Rahmen der Forschungsarbeiten sind eine Methode und mikrosystemtechnische Werkzeuge für die biologische und molekularbiologische Erschließung der Erbinformation von bisher schwer oder gar nicht kultivierbaren Zellen zu entwickeln.

Methodische, statistische und physiologische Gründe limitieren bei traditioneller Suchstrategie generell das Auffinden neuer Mikroorganismenarten aus natürlichen Ökosystemen. Es wird von Experten übereinstimmend angenommen, dass bisher nur etwa 1 % der in der Natur vorkommenden Mikroorgansimenarten entdeckt, im Labor kultiviert und hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Leistungen charakterisiert wurden. Somit ist ein enormes Potential an Mikroorganismen noch nicht erschlossen.