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Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 im Photobioreaktor

Modellcyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 im modularen Labor-Photobioreaktor

Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 im Photobioreaktor

Die Heinrich-Heine Universität (HHU) in Zusammenarbeit mit der Universität Bielefeld und Photanol B.V. beschreibt in ihrer Veröffentlichung doi:10.1101/2021.07.26.453758 den Versuchsaufbau für die Forschung mit dem Modellmikroorganismus Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803. Beim Photobioreaktor handelt es sich um das modulare LAMBDA MINIFOR Reaktorsystem mit bereits im HHU Labor vorhandenen Peripheriegeräten und Sonden:

Modellcyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 im modularen Labor-Photobioreaktor

doi.org/10.1101/2021.07.26.453758 Fig S7 aus der Volltextversion, mit freundlicher Genehmigung der HHU Düsseldorf, Louis Goldschmidt.

doi.org/10.1101/2021.07.26.453758 Fig S7 aus der Volltextversion, mit freundlicher Genehmigung der HHU Düsseldorf, Louis Goldschmidt. Uncoupling of the Diurnal Growth Program by Artificial Genome Relaxation in Synechocystis sp. PCC 6803. Anna Behle, Maximilian Dietsch, Louis Goldschmidt, Wandana Murugathas, David Brandt, Tobias Busche, Jörn Kalinowski, Oliver Ebenhöh, Ilka M. Axmann, Rainer Machné.
bioRxiv 2021.07.26.453758.

 

Die Spezies Synechocystis sp. PCC 6803 (S. sp. PCC 6803) gehört zu den Cyanbakterien und ist ein sehr langsam wachsender, einzelliger Modellmikroorganismus zur Erforschung der oxygenen Photosynthese.

Die DNA von Bakterien liegt in vivo als extrem gepackte, spiralisierte Doppelhelix vor – dem sogenannten DNA-Supercoiling. Dank der platzsparenden Verdrillung passt die DNA Doppelhelix in das Bakterium. Die Forscher der HHU manipulierten das DNA-Supercoiling im Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 mit Hilfe des CRISPRi-basierten Knock-downs der Schlüsselgene, die in der Verformung des Supercoilings beteiligt sind, der Gyrase-Untereinheiten (Genuntereinheiten: gyrA und gyrB) und der induzierbaren Überexpression von Topoisomerase I (= TopoI; Gen: topA). Anschliessend wurden die Phänotypen der Cyanobakterien charakterisiert:

Der modulare Photobioreaktor für Cyanobakterien

Als Photobioreaktor für die modifizierten Cyanobakterien verwendeten die Forscher der HHU den modularen LAMBDA MINIFOR PBR 1L und für die erweiterten Mess- und Regelsysteme bereits vorhandene Peripheriegeräte – sowohl von Drittanbietern als auch von LAMBDA Laboratory Instruments.

Der modulare Photobioreaktor LAMBDA MINIFOR mit Peripheriegeräten

Der modulare Photobioreaktor LAMBDA MINIFOR PBR wurde zur Messung und automatischen Regelung von pH (pH = 8), Temperatur (30 °C), der Messung des pO2 und für die Mischung (5 Hz) der Flüssigkultur (1 Liter) eingesetzt. Das bereits vorhandene DASGIP OD4 Gerät zur Messung der optischen Dichte konnte ebenfalls an den modularen Photobioreaktor angeschlossen werden, genau wie die Massendurchflussmesser für die Zuluft (1 L/min mit 0.5 % CO2 angereicherter Luft) bzw. für die Abluft und die Messgeräte für die O2 und CO2 Konzentrationen in der Abluft.

Zur kontinuierlichen Kultur (φ ≈ 0.24 d−1) wurden LAMBDA Mediumpumpen (Fütterungs- und Aberntepumpe) sowie das LAMBDA Waagemodul für die Konstanthaltung des Kulturgewichts für den Chemostat eingesetzt. Der Verbrauch von Medium und NaOH wurden erfasst und quantifiziert.

Als Leuchtquelle diente warm-weissen LED. Die Regelung der Lichtintensität erfolgte mit dem LAMBDA LUMO Modul.

Resultat der Studie

Sämtliche Manipulationen zur Verringerung des DNA-Supercoilings führten zur Ausprägung unterschiedlicher phänotypischer Merkmale durch ein einzelnes Gen (ausgeprägten pleiotropen Phänotyp), bei dem die Zellteilung blockiert worden ist und das Zellwachstum weiterlief.

Mehr zum Thema Cyanobakterium Synechocystis sp. & Photobioreaktor

Mehr zum Thema Cyanobakterium Synechocystis sp. und dem oben beschriebenen Photoreaktoraufbau finden Sie auf

  1. Uncoupling of the Diurnal Growth Program by Artificial Genome Relaxation in Synechocystis sp. PCC 6803. Anna Behle, Maximilian Dietsch, Louis Goldschmidt, Wandana Murugathas, David Brandt, Tobias Busche, Jörn Kalinowski, Oliver Ebenhöh, Ilka M. Axmann, Rainer Machné. bioRxiv 2021.07.26.453758;
    doi: doi.org/10.1101/2021.07.26.453758 
  2. Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 im Photobioreaktor: www.bioreactor.ch/cyanobakterium-synechocystis-sp-pcc-6803-photobioreaktor/#pbr
  3. Peripheriegeräte für Photobioreaktoren:
    www.lambda-instruments.com/de/laborgeraete/#accessories 

 

SchlüsselwörterPhotobioreaktor, Labor, Synechocystis sp. PCC 6803, Cyanobakterium, Wachstum, Modellmikroorganismus, DNA-Supercoiling, artificial genome relaxation, Gyrase, Topoisomerase I