Glibschige mikrobielle Beläge, sogenannte Biofilme, kommen überall in der Natur vor - sogar im Gletschereis und in kochenden Quellen. Sie können Stoffe aus Mineralien ziehen und Kohlenstoffdioxide aus der Umwelt binden. Dieses Talent wollen Forscher nun auch für die industrielle Biotechnologie gezielt nutzen, um Ressourcen zu sparen. Im Rahmen des Verbundvorhabens BayBiotech wollen sie ein Konzept zur Entwicklung künstlicher Biofilme erarbeiten. Das interdisziplinäre Vorhaben wird von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) koordiniert und vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz mit rund zwei Millionen Euro gefördert. Wissenschaftler der Universität Bayreuth konzentrieren sich dabei auf die Frage, wie künstliche Biofilme den biotechnologischen Prozess intensivieren können.

Biofilme entstehen überall dort, wo sich Mikroorganismen an feuchten Oberflächen ansiedeln können – in Böden, auf Gestein, auf Pflanzen und sogar auf Tieren. Aber auch auf Rohrleitungen oder Schiffsturbinen ist solch eine Schleimschicht zu finden. Als Bio-Filter für die Luftreinhaltung oder zur Abwasserbehandlung werden solche natürlichen Biofilme auch schon heute in der industriellen Biotechnologie genutzt. Darüber hinaus gibt es für viele solcher Anwendungen aber noch keine geeigneten natürlichen Biofilme - und mitunter sind sie aus hygienischen Gründen auch nicht erwünscht.

„Single Species“-Biofilme nachbauen  

Im  Verbundvorhaben Ressourcenschonende Biotechnologie in Bayern "BayBiotech" will ein interdisziplinäres Forscherteam nun künstliche Biofilme entwickeln, um sie gezielt in der Industrie einzusetzen. Das Team um Ruth Freitag und Andreas Greiner von der Universität Bayreuth nimmt dafür sogenannte „Single Species“- Biofilme ins Visier. Der Vorteil: dieser Belag enthält nur eine einzige Mikrobenart, so dass sich deren Stoffwechselfunktionen gezielt steuern und kontrollieren lassen. Unter dem Dach von „BayBiotech“ wollen die Bayreuther im Projekt „Biokomposite“ nun ein universell einsetzbares Konzept für die Produktion von Biofilmen erarbeiten, die passgenau auf bestimmte biotechnologische Funktionen zugeschnitten sind. „Phosphat, Schwefel und Metalle sind Rohstoffe, die viel zu wertvoll sind, um verbrannt zu werden. Mithilfe spezieller Mikroorganismen können sie isoliert und zurück gewonnen werden“, erklärt Ruth Freitag.

Hohes Potenzial für Enegrie, Umwelt und Pharmazie

Langfristig sollen Biofilme entstehen, bei denen Mikroorganismen nicht nur gezielt ausgewählt, sondern auch in ein maßgeschneidertes Substrat aus Polymeren eingebettet werden können. Auf diese Weise sollen industrielle biotechnologische Prozesse intensiviert und die Potenziale von Biofilmen in Branchen wie Energie- und Umwelttechnik aber auch der Pharmaindustrie nutzbar gemacht werden. "Es ist für die Zukunft unseres Landes von enormer Bedeutung, dass wir mit unseren endlichen Ressourcen sparsam und intelligent umgehen. Mit dem neuen Projektverbund erschließen wir innovative Möglichkeiten der Biotechnologie, um Ressourcen zu schonen“, so Bayerns Umweltministerin Ulrike Scharf bei der Vorstellung des neuen Verbundprojektes Anfang Februar.