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Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik

Teilinstitut III -  Bioverfahrenstechnik

 

Gebäude 30.44

Fritz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Zellfreie Biomineralisation am Beispiel von Calciumcarbonat: Ein Weg zur in-vitro Synthese von hochstrukturierten Komposit-Materialien

Zellfreie Biomineralisation am Beispiel von Calciumcarbonat: Ein Weg zur in-vitro Synthese von hochstrukturierten Komposit-Materialien
Ansprechpartner:

M.Sc. Biotechnol. Ioanna Hariskos

Förderung:BMBF 
Starttermin:2013 
Endtermin:2016 

Die Bildung von CaCO3-Mikrokalkplättchen (Coccolithen) durch kalzifizierendes Phytoplankton, auch als Coccolithophoriden (Haptophyta) bezeichnet, ist eines der bemerkenswertesten Beispiele für Biomineralisationsprozesse. So besteht das Exoskelett dieser Organismen aus 15-120 für jede Spezies einzigartige Coccolithen mit anspruchsvollen und zum Teil hochfiligranen Strukturen. Dadurch besitzen Coccolithen einzigartige physiko-chemische Eigenschaften und sind daher sehr interessant für den Einsatz in industriellen Anwendungen, z.B. als Partikel oder Komponenten für Kompositmaterialien innerhalb der Mikro-und Nanotechnologie, Halbleitertechnologie sowie in laseroptischen Applikationen.
Im Rahmen des Kooperationsprojekts ZeBiCa2 „Zellfreie Biomineralisation am Beispiel von Calciumcarbonat: Ein Weg zur in-vitro Synthese von hochstrukturierten Komposit-Materialien“ wird erforscht, wie der Prozess der Coccolithenbildung des Modellorganismus Emiliania huxleyi auf zellfreie Systeme übertragen werden kann. Dafür ist es wichtig in-vivo Biomineralisation zu verstehen und alle wichtigen Aktoren zu identifizieren, die für diesen Prozess verantwortlich sind. Deshalb wird zunächst ein optimierter Photobioprozess entwickelt mit Fokus auf Coccolithenbildung, Wachstumskinetik und Energiebilanz. Der Prozess soll in Mini-Platten etabliert werden. Dies sind Modell-Photobioreaktoren von 200 bis 1000 ml, welche eine kontrollierte Organismenkultivierung ermöglichen. Durch den Einsatz moderner Omics-Technologien (Metabolom- und Transkriptomanalyse) wird die Untersuchung der Coccolithenbildung innerhalb des Organismus unterstützt. Anschließend wird ein mehrstufiges Down-Stream Verfahren entwickelt, welches die Gewinnung von vollständigen, intakten Coccolithen ermöglicht, die dann für eine partikeltechnische Charakterisierung und zukünftige Anwendungen zur Verfügung stehen werden.

 

Mit Coccolithen besetzte Zelle

Einzelner Coccolith

Beleuchteter mini-plate Bioreaktor für die kontrollierte Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen