L-Cystein ist eine schwefelhaltige Aminosäure, die zur Herstellung von vielen Produkten wie Nahrungsergänzungsmitteln, Kosmetika und Medikamenten verwendet wird. Die industrielle Produktion dieser Aminosäure kann mit Mikroorganismen wie Escherichia coli erfolgen, was eine umweltfreundliche Alternative darstellt.

Im industriellen Maßstab treten jedoch Gradienten im Bioreaktor auf, was wiederum zur Ausbildung von Populationsheterogenitäten im Produktionsprozess führen kann. Dies erschwert die Maßstabsvergrößerung, da sich die Produktionsleistung unvorhersehbar ändern kann.

In-vivo-Messungen von Populationsheterogenitäten sind mit fluoreszierenden Markerproteinen möglich, die wichtige individuelle Zelleigenschaften wie Wachstumsrate, Stressantwort und Sauerstofflimitierung, sowie Produktbildung anzeigen können. Die unterschiedlichen Fluoreszenzsignale der einzelnen Mikroorganismen können mit einem Durchflusszytometer mit automatischer Probenvorbereitung at-line gemessen werden. Damit sind Populationsheterogenitäten in Echtzeit identifizierbar und es kann beispielsweise untersucht werden, durch welche Eingriffe während des Prozesses Populationsheterogenitäten kontrolliert werden können.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, das Zulaufverfahren zur L-Cystein Herstellung mit Escherichia coli in einem Mehrkompartiment-Bioreaktor im Labormaßstab durchzuführen, um die Auswirkungen von durch lange Mischzeiten hervorgerufenen Gradienten im industriellen Maßstab analysieren zu können. Die Eigenschaften der Mikroorganismen werden hierzu in Echtzeit als Funktion der Prozesszeit mit einem at-line-Durchflusszytometer automatisiert gemessen, um das Entstehen von Populationsheterogenitäten direkt erfassen zu können. Interessante Subpopulationen können mit einem Zellsortierer abgetrennt und näher charakterisiert werden.