Kalkalgen als Vorbild für zellfreie Biomineralisation
Von Mikroalgen produzierter, biogener Calcit unterscheidet sich von fossilem Kalk vor allem durch seine außergewöhnliche dreidimensionale Struktur. Die einzigartige hochkomplexe Form dieser Coccolithen genannten Kalkplättchen entsteht durch kontrolliertes Kristallwachstum im Zentrum der Alge.
Projekt ZeBiCa²: Coccolithenbildung ohne Lebewesen
Die Biotechnologin Ionna Hariskos forscht am Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik, Bereich Bioverfahrenstechnik am KIT im Zuge des interdisziplinären Kooperationsprojekts „Zellfreie Biomineralisation am Beispiel von Calciumcarbonat: Ein Weg zur in-vitro Synthese von hochstrukturierten Komposit-Materialien (ZeBiCa²)“. Ziel ist es, die Coccolithenbildung bioverfahrenstechnisch nach dem Vorbild der Kalkalgen, aber ohne Lebewesen nachzubilden.
Im Fokus stehen insbesondere mögliche industrielle Anwendungen. Denkbar sei, die Kalkpartikel als neuartige Farbträger zu verwenden. Coccolithen könnten Papier besondere Farb- und Glanzeigenschaften verleihen oder in Schleifpapieren zum Einsatz kommen. Die Doppelbrechung von Calcit – die Eigenschaft Licht in zwei Strahlenbündel aufzuspalten – lasse auch an eine Anwendung in der Optik denken, so Hariskos.
50 bis 100 Millionen Zellen pro Milliliter wurden im Bioreaktor gezüchtet
Hariskos hat mit einem kleinen Team von Studierenden ein Kultivierungsverfahren entwickelt, mit dem sich Coccolithen in großer Menge herstellen lassen. Sie züchtet die Kalkalge Emiliania huxleyi, ein einzelliges Phytoplankton, im Bioreaktor mit modifiziertem künstlichem Meerwasser. So ist es Hariskos gelungen 50 bis 100 Millionen Zellen pro Milliliter zu züchten. In der Natur finden sich dagegen 1.000 bis maximal 100.000 Zellen der mikroskopisch kleinen Kalkbildner pro Milliliter Meerwasser.
Für seine Forschung in dem bis 2016 laufende Projekt ZeBiCa² wird das Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik des KIT vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 410.000 Euro über drei Jahre gefördert. Neben dem Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik ist an dem Verbundprojekt ZeBiCa² auch das Institut für funktionale Grenzflächen des KIT beteiligt.
Ausführliche Informationen zu dem Projekt in der Pressemitteilung des KIT.
afr, 10.03.2015