Mikroalgen werden durch gezielte Kultivierung resistent gegen biologische Kontamination

Mit Hilfe eines neuen Forschungsvorhabens „Entwicklung eines biologischen Verfahrens zur Kontrolle parasitischer Kontaminanten in industriellen Mikroalgenkulturen“ (KiM) soll die Kultivierung von Mikroalgen auf das nächste Level der industriellen Nutzung gehoben werden. Dabei geht es im Kern um eine längst überfällige Entwicklung, welche in der Landwirtschaft bereits seit Jahrhunderten zu verschiedenen Strategien, Pflanzen resistent gegen Schädlinge und äußere Einflüsse zu machen, geführt hat. Einen wichtigen Beitrag übernehmen dabei Praxisversuche im GICON^®-Photobioreaktor im Mitteldeutschen Biosolarzentrum an der Hochschule Anhalt. Das Vorhaben wird durch die Landesinvestionsbank Sachsen-Anhalt unterstützt und ist in seinem Kern eine Förderung aus dem Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE). Das Projekt hat eine Laufzeit von 2 Jahren (FKZ 2004/00101).

Die Natur kennt keine Monokulturen

Mikroalgen sind eine wichtige Rohstoffquelle für eine zukünftige biobasierte Wirtschaft. Bei phototropher Kultivierung wandeln sie mehr CO₂ mit Hilfe von Sonnenlicht in Biomasse um als Pflanzen und liefern dabei mehrfach höhere Biomasseerträge bezogen auf die Anbaufläche.

Im neuen Forschungsprojekt KiM, welches GICON^® zusammen mit der Hochschule Anhalt durchführen wird, geht es darum, die Kultivierung von Mikroalgen weniger anfällig gegen Kontamination zu machen. GICON^®-Projektleiter Dr. Martin Ecke erklärt die Aufgabe: „Die industrielle Herstellung von Mikroalgenalgenbiomasse erfolgt durch phototrophe Kultivierung unsteriler Algenmonokulturen. Diese sind, vergleichbar mit Monokulturen in der traditionellen Landwirtschaft, gegenüber biologischen Kontaminationen extrem anfällig. In der Landwirtschaft wurden im Laufe der Jahrhunderte eine Vielzahl von Strategien entwickelt, um, z. B. durch Fruchtfolge, den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln oder durch gerichtete Zucht resistenter Arten, die negativen Effekte potentieller Schadorganismen zu beschränken. Für das relativ junge Gebiet der industriellen Mikroalgenkultivierung stehen derartige Verfahren bisher nicht zur Verfügung.“

Synthetische Ökologie soll zum Erfolg führen

Genau diese fehlenden Verfahren sollen im Forschungsvorhaben KiM untersucht und entwickelt werden. Dabei helfen soll die synthetische Ökologie. „Die Natur kennt keine Monokulturen, sondern nur Gemeinschaften, welche sich gegenseitig helfen, wenn es andere Wachstumsbedingungen gibt“, beschreibt GICON^®-Fachbereichsleiter für Biosolar Dr. Ecke das Thema, „wir möchten mit der synthetischen Ökologie verschiedene Prozesse und Reaktionen auf unterschiedliche Zellen verteilen und somit die Mikroalgenkultur resistenter machen. Ziel ist es, ein kommerziell nutzbares biologisches Verfahren zur Stabilisierung industrieller Mikroalgenkulturen zu entwickeln!“

Um dieses Ziel zu erlangen sollen in einem ersten Schritt mikrobiotische Ökosysteme identifiziert und gezielt kultiviert werden. Durch Co-Kultivierung wirtschaftlich interessanter Mikroalgen mit spezifisch ausgewählten, potentiell symbiontischen Bakterien folgt im zweiten Schritt ein Verfahren, um die Mikroalgenkultur gegen von außen einwirkenden Parasiten zu schützen.

GICON^® übernimmt Verfahrenstechnik

Im zweijährigen Vorhaben KiM übernimmt GICON^® die verfahrenstechnische Entwicklung. Die Wissenschaftler der Hochschule Anhalt sind für die biologische Untersuchung zur Populationsdynamik und weiteren Wechselwirkungen von Algen-/Bakterienmischbiozönosen zuständig. Alle Praxisversuche sollen im GICON^®-Photobioreaktor im Mitteldeutschen Biosolarzentrum durchgeführt werden. „Hier besitzen wir den Vorteil“, beschreibt Dr. Ecke, „diesen steril und unsteril betreiben zu können und eine exakte Regelung einer Vielzahl von Prozessparametern (z.B. pH-Wert, Prozessgas- und Nährstoffzusammensetzung) zu realisieren.“