Universelle Beleuchtungseinheit zur Erweiterung von Bioreaktoren zu Photobioreaktoren

In Bioreaktoren kultivierte Pflanzenzellkulturen (PZKs) zur Herstellung von wertvollen pflanzlichen Inhaltstoffen stellen eine nachhaltige und ressourcenschonende Alternative zum Anbau von ganzen Pflanzen dar. Dabei ist der Kultivierungsfaktor Licht eine wichtige Einflussgröße, um Bioprozesse hinsichtlich der Produktausbeute und -qualität zu optimieren und wirtschaftlich attraktiver zu machen, ohne auf gentechnische Modifikationen der PZKs zurückgreifen zu müssen – zumindest, wenn keine rekombinanten Proteine (Pharmazeutika, Biologics) hergestellt werde sollen. Während eine Ermittlung individueller Lichtbedingungen (sogenannter Lichtrezepte) zur Steigerung der Produktausbeuten in PZKs durch patentierte Eigenentwicklungen LEDitSHAKE des Fraunhofer IME bereits für Kulturen im Schüttelinkubator realisiert werden kann, ist die Übertragung optimierter Lichtbedingungen in industrielle Maßstäbe nicht möglich, da existierende Bioreaktorsysteme mit integrierter Beleuchtungseinheit (Photobioreaktoren) nicht für die Umsetzung individueller Lichtrezepte ausgelegt sind. 

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines universellen Beleuchtungssystems (LEDitFLOW) zur optimierten Kultivierung von Pflanzenzellen im industriellen Maßstab. Im Projekt soll ein Prototyp einer externen Erweiterungseinheit (1L-Maßstab) gefertigt werden, welcher es erlaubt, bestehende Bioreaktoren mit einer flexiblen Beleuchtungslösung aufzurüsten, um so die individuelle Beleuchtung von PZKs unter vorab optimierten Bedingungen zu ermöglichen. Außerdem soll die Funktionalität des Prototyps anhand der Kultivierung einer etablierten PZK demonstriert werden.

Mit der Bereitstellung dieser neuen Lösung zur Übertragung von lichtbasierten Optimierungsstrategien in den Produktionsmaßstab wird das Angebotsportfolio des Fraunhofer IMEs erweitert, sodass Anwender in die Lage versetzt werden, neue, PZK-basierte Bioprozesse mit hohen Produktausbeuten zu entwickeln und die wirtschaftliche Rentabilität bestehender Prozesse zu erhöhen. Geringere Investitionskosten im Vergleich zur Neuanschaffung individualisierter Photobioreaktoren sowie die Möglichkeit optimierte Lichtbedingungen schrittweise bis hin zu Bioreaktoren in industriellen Dimensionen zu realisieren, senken das Forschungsrisiko und die Entwicklungskosten. Von der Technologie sollen Unternehmen und insbesondere KMUs aus der Kosmetik-, Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie profitieren, um phototrophe produktiver zu machen.