"Wir wollen einerseits Optosensoren entwickeln, die – abhängig von einem Prozessparameter – Licht einer bestimmten Intensität oder Farbe aussenden und eine nicht-invasive, quantitative Analyse diverser prozessrelevanter Größen gestatten“, sagt Projektkoordinator Karl-Erich Jaeger von der Heinrich-Heine Universität. Zusätzlich sollen neue, lichtgesteuerte molekulare Schalter zur Regelung biologischer Prozesse etabliert werden. Auch bioverfahrenstechnisch ist das Projekt eine Herausforderung. Gilt es doch die Lichtsteuerung und -Analyse in einzelnen Zellen, aber auch riesigen Stahlbottichen, den Fermentern, technisch umzusetzen.

„Ein Schwerpunkt des für zunächst drei Jahre geförderten Projektes liegt auf der Entwicklung von Biosensoren auf Basis selbstfluoreszierender Proteine, mit denen sich etwa die Sauerstoffkonzentration und der pH­-Wert bestimmen oder gebildete Stoffwechselprodukte identifizieren lassen“, so Jaeger. Ein weiterer Schwerpunkt befasst sich mit der lichtgesteuerten Genexpression. Hierbei wird das Ablesen bestimmter DNA-Abschnitte durch lichtabhängige Schalter reguliert, die einen oder mehrere biologische Prozesse kontrollieren. „In einem dritten Schwerpunkt werden wir neue  miniaturisierte Reaktorsysteme entwickeln, die es gestatten die Steuerungs- und Analyseprozesse in Kultur in einzelnen Zellen zu verfolgen“, so Jaeger. Die Vision der beteiligten Ingenieure, Physiker, Molekularbiologen und Biochemiker ist es, einen beliebig erweiterbaren optogenetischen Baukasten für die Steuerung und quantitative Echtzeitanalyse molekularer Vorgänge innerhalb mikrobieller Zellen unter Bioprozessbedingungen zu entwickeln. (tg)