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Mikroorganismen umwandeln in einem Bioreaktor

22.02.2016, von

Die E. coli Vorkultur hat sich in der Zentrifuge zu einem hochkonzentrierten Pellet abgesetzt

Die E. coli Vorkultur hat sich in der Zentrifuge zu einem hochkonzentrierten Pellet abgesetzt.

Ob Bier, Biogas oder Insulin: Wer biologische Grundstoffe hat, und aus denen etwas anderes herstellen will, muss sie umwandeln. Das nennt sich Fermentation – beim Bierbrauen zum Beispiel will man aus Kohlenhydraten Alkohol gewinnen. In der Biogasanlage aus Gülle und Pflanzenresten Methan, das man dann verheizen kann. Damit man so eine Fermentation gut steuern kann, braucht man einen Fermenter – oder Bioreaktor. Was es damit auf sich hat: Unser Reporter Florian Falzeder hat an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorfund einen Bioreaktor gebastelt.

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Der Baukasten für einen Bioreaktor.

Wie ein solcher Bioreaktor aufgebaut ist und was man damit machen kann, lernen 18 Menschen aus der Pharma- und Lebensmittelindustrie, und Florian Falzeder, in einem zweitägigen Seminar an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf. Es ist eine Tour de Force durch Theorie und Praxis der Fermentation. So nennt sich die Umwandlung von organischen Stoffen in der Biotechnologie.

Um einen Bioreaktor zu bauen, müssen die Kursteilnehmer erst eine Theorievorlesung besuchen, die von biologischen Grundlagen bis hin zur Analyse der Ergebnisse alles abdeckt, was in einem Bioreaktor abläuft. Der Bausatz ist zunächst noch sehr überschaubar: Ein Behälter, eine Rühreinrichtung, Schläuche und Sonden, mehr ist erstmal nicht dran an so einem Reaktor.

Links: Die E. coli Kultur vermehrt sich. Rechts: Wolfgang Watermeyer prüft, ob alles stimmt.

Links: Die E. coli Kultur vermehrt sich. Rechts: Wolfgang Watermeyer prüft, ob alles stimmt.

Jedes Bauteil erfüllt seinen Zweck und sorgt dafür, dass sich der Mikroorganismus, mit dem die Teilnehmer an den zwei Tagen arbeiten, wohl fühlt: ein nicht pathogenes E. coli-Bakterium. Die Temperatur muss stimmen. E. coli, ein Darmbakterium, gedeiht am besten bei Körpertemperatur. Spurenelemente und Glucose versorgen die Mikroorganismen mit allem, was sie zum Wachsen brauchen, und ein Rührer mit Motor oben drauf verwirbelt und homogenisiert die Lösung, damit jeder Einzeller gleichermaßen an die Nährstoffe kommt und sich gut vermehren kann.

Video:  Der Bioreaktor wirbelt die E.Coli in der Lösung umher
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E. coli ist in der Industrie sehr beliebt, weil es gut erforscht ist und einfach handzuhaben ist. In der Pharmabranche zum Beispiel werden die Einzeller, beziehungsweise ein dafür eigens gentechnisch hergestellter Strang, zur Insulinherstellung verwendet.

Der Bioreaktor mit Pumpe kurz nach dem Animpfen mit der E. coli Vorkultur.

Der Bioreaktor mit Pumpe kurz nach dem Animpfen mit der E. coli Vorkultur.

Unser Bioreaktor-Modellversuch lässt sich aber auch auf viele andere Bereiche anwenden. In einem Gärbottich zum Beispiel wandelt Hefe Kohlenhydrate in Alkohol und Kohlendioxid um. Und in einer Biogasanlage entsteht aus Gülle oder Pflanzen mit Hilfe von Mikroorganismen Methan, das verheizt werden kann. Das Prinzip ist immer dasselbe: In einem mehr oder weniger großen Behälter mit komplexer Technik werden biologische Stoffe umgewandelt, fermentiert. Das nennt man dann Bioreaktor.

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