Antibiotika-produzierende Cyanobakterien Wie geht es der Blaualge im Bioreaktor? – Schneller Vitalitätstest

Manchen Bakterien wünschen wir nur das Beste – etwa speziellen Cyanobakterien, die Antibiotika herstellen. Um zu prüfen, ob es diesen mikrobiellen Wirkstoffproduzenten gut geht, haben Forscher der Technischen Hochschule Bingen eine neue, schnellere Methode zur Vitalitätsbestimmung vorgestellt. Damit soll die Produktion antimikrobieller Wirkstoffe durch Cyanobakterien optimiert werden.

Bingen – Multiresistente Erreger stellen eine wachsende Gefahr dar. Durch den zunehmenden Einsatz von Antibiotika bei Mensch und Tier entstehen Krankheitserreger, die etablierte Antibiotika nicht bekämpfen können. Daher müssen immer wieder neue Arzneimittel entwickelt werden – ein Wettlauf der Forscher gegen die Erreger.

Medikamente aus Mikroben

Eine bisher wenig beachtete Quelle für diese Medikamente sind so genannte Cyanobakterien, die gemeinhin als Blaualgen bezeichnet werden und sowohl im Wasser als auch an Land vorkommen. Sie produzieren antifungale, antivirale und antibakterielle Stoffe, die zur Produktion von Medikamenten genutzt werden können. Eine besondere Herausforderung besteht bei der Arbeit mit den Bakterien in ihrer Handhabung. Schließlich sind es lebende Organismen, die entsprechend mit Nährstoffen versorgt werden müssen und bestimmte Bedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit brauchen, um sich schnell zu vermehren.

Den Erfolg misst man üblicherweise mit einer Vitalitätsbestimmung, wobei die Vitalität von Zellkulturen anhand ihres Wachstums gemessen wird. Da Cyanobakterien aber selbst unter optimalen Bedingungen nur vergleichsweise besonders langsam wachsen, ist diese Methode bei ihnen sehr zeitaufwändig.

Schneller Einblick in Bakterienleistung

Hier kommt ein Projekt der Technischen Hochschule (TH) Bingen ins Spiel, in dem eine neue Methode zur schnellen Vitalitätsbestimmung entwickelt wurde. Das ist in der biotechnischen Arbeit mit Bakterien von großer Bedeutung, beispielsweise um den Zellzustand nach dem Auftauen tiefkühlkonservierter Kulturen zu überprüfen.

Bakterien als Rohstoffproduzenten

Natürliche Transformation macht Cyanobakterien zu Wasserstoff- und Ethanol-Fabriken

Die neue Methode macht sich zunutze, dass Cyanobakterien Photosynthese betreiben. Dabei erzeugen sie mithilfe von Licht unter anderem Sauerstoff. „Um die Vitalität der Bakterien zu bestimmen, messen wir, wie viel Sauerstoff sie in einer bestimmten Zeit produzieren“, erklärt Marco Witthohn aus dem Projektteam „Diesen Wert vergleichen wir dann mit der Leistung frisch kultivierter Cyanobakterien.“ So lässt sich die Vitalität der Cyanobakterien wesentlich schneller ermitteln als mit den klassischen Zellwachstumstests. „Mit der neuen Methode verkürzen wir die Vitalitätsbestimmung von mehreren Tagen auf weniger als eine halbe Stunde. Das ist ein großer Wurf“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Kai Muffler.

Die Entwicklung der Methode ist Teil von Mufflers Forschungsprojekts „Antimikrobielle Wirkstoffe“. Das Ziel des Projekts ist es, die Produktion antimikrobieller Wirkstoffe durch an Land lebende Cyanobakterien zu optimieren.

Originalpublikation: Witthohn et al.: Novel method enabling a rapid vitality determination of cyanobacteria, Engineering in Life Sciences, first published 27 October 2020; DOI: 10.1002/elsc.201900164

* C. Benzing, Technische Hochschule Bingen, 55411 Bingen am Rhein

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