In diesem Teilprojekt werden mathematische Modelle erarbeitet welche die morphologischen Änderungen von filamentösen Mikroorganismen in Bioprozessen beschreiben. Diese Modelle sind auf unterschiedliche filamentöse Mikroorganismen und Prozessbedingungen anwendbar. Durch eine Populationsbilanzmodellierung (PBM) wird berücksichtigt, dass in einem Bioprozess unterschiedlichste morphologische Formen gleichzeitig auftreten. Dabei wird neben dem Wachstum der Mikroorganismen auch deren Bruch- und Aggregationsverhalten mechanistisch beschrieben.
Auf Basis der Bildverarbeitung von Mikroskopaufnahmen und dreidimensionalen Computertomographien können makro- und mikroskopische morphologische Parameter filamentöser Mikroorganismen bestimmt werden. Diese Parameter werden verwendet um strukturierte Wachstumsmodelle filamentöser Mikroorganismen zu kalibrieren. Aus der Simulation dieser Modelle könne die Raten der Wachstumsterme, beispielsweise die Veränderung der aktiven Hyphenlänge über die Kultivierungszeit, bestimmt werden. Die Berechnung der Raten ist für die Wachstums-PBM zwingend notwendig. Bestimmte Raten können durch eine, hinsichtlich der Probenanzahl verbesserte Bildauswertung, direkt bestimmt werden.
Im Verlauf des Projekts wird die Wachstums-PBM an eine PBM gekoppelt welche die Sporenaggregation und Keimung beschreibt. Auf Grund des Einflusses im Bioreaktor wirkender Scherkräfte auf die filamentösen Mikroorganismen wird die PBM um Bruch und Aggregation erweitert und vervollständigt.
In den erarbeiteten Modellen werden die wichtigen Einflussfaktoren auf die Morphologie berücksichtig. Dazu zählen unter anderem Scherkräfte, Viskosität, Eigenschaften der Mikroorganismen und des Inokulums sowie weitere Prozessbedingungen. Die erarbeitete Populationsbilanzmodellierung dient der modellbasierten Optimierung biotechnologischer Produktionsprozesse welche filamentöse Mikroorganismen als Zellfabriken nutzen.
Zuständiges Institut:
Lehrstuhl für Systemverfahrenstechnik
Gregor-Mendel-Straße 4
85354 Freising
| Position | Name | Telefon | |
| Projektleiter | Prof.-Dr.-Ing. Heiko Briesen | briesen@wzw.tum.de | +498161-713272 |
| Doktorand | M. Sc. Stefan Schmideder | stefan.schmideder@tum.de | +498161-713727 |
| Doktorand | M. Sc. Henri Müller | henri.mueller@tum.de | +498161-714187 |
| Doktorand | Dsc. Ali Khajehesamedini | ali.khajehesamedini@tum.de | +498161-714187 |