Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projekts ist es, zur Messung von Abwasserbelastungen einen BSB-Sensor auf der Basis der Hefe Arxula adeninivorans LS3 zu entwickeln. Diese Hefe ist hinsichtlich Substratspektrum dem derzeitig kommerziell eingesetzten BSB-Sensor \u00fcberlegen und erm\u00f6glicht damit eine bessere \u00dcbereinstimmung mit dem BSB5.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVor dem endg\u00fcltigen Einsatz dieses Sensors sind noch einige Grundlagenuntersuchungen zur Physiologie und Kultivierung als auch Langzeituntersuchungen zur Applikation notwendig, deren Bearbeitung innerhalb des hier gef\u00f6rderten Projekts angestrebt wird. So sind aufbauend auf den bisher erzielten Ergebnissen in den n\u00e4chsten 2,5 Jahren folgende physiologische Grundfragen abzukl\u00e4ren:
\n–\tSubstratinduktion und Optimierung der Kultivierung;
\n–\tGlyzerinempfindlichkeit;
\n–\tInduktion\/Aktivierung der Aufnahme und des Abbaus von Disacchariden;
\n–\tInduktion\/Aktivierung der Aufnahme und des Abbaus von Aminos\u00e4uren und Oligopeptiden;
\n–\tEinfluss von Temperatur und Salz auf die Immobilisierung und Substratspezifit\u00e4t.
\nDie sich anschlie\u00dfenden Applikationsuntersuchungen sollen zu folgenden Schwerpunkten erfolgen:
\n–\tAbwasserempfindlichkeit\/\u00dcbereinstimmung mit dem BSB5 Wert;
\n–\tMesszeit; Messroutine (kinetische bzw. station\u00e4re Messung); Messbereich; Messfrequenz (Beeinflussung der Leistungsparameter);
\n–\tLangzeitstabilit\u00e4t; Immobilisierung; Lagerstabilit\u00e4t.
\nAufgrund der schnellen Testung verwertbarer Substratspektren sowie der Wechselwirkungen verschiedener Substrate ergeben sich au\u00dferdem neue effektive M\u00f6glichkeiten f\u00fcr physiologische Untersuchungen bei Arxula-Mutanten und -Transformanten mit Hilfe der Sensortechnik. Derartige Charakterisierungen sollen ebenfalls Gegenstand des Projekts sein. Damit kann f\u00fcr die Biosensortechnik ein weiteres Anwendungsfeld erschlossen werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen dieses Projekts konnte bisher erstmals gezeigt werden, dass sowohl Zellkultivierung als auch das dazu genutzte Medium die Sensor-Signale beeinflussen. So lassen sich bei Einsatz von Malto-se anstelle von Glucose als C-Quelle mit diesen A. adeninivorans-Zellen das Spektrum messbarer Sub-strate vergr\u00f6\u00dfern und meist h\u00f6here Sensor-Signale erzielen. Auch die Messtemperatur der Messkammer des ARAS SensorBOD-Systems der Dr. Bruno Lange GmbH war bisher f\u00fcr den Arxula-Sensor noch nicht optimal. So l\u00e4sst sich durch Erh\u00f6hung der Temperatur von 37\u00b0C auf 40\u00b0C\/42\u00b0C die Sensitivit\u00e4t des Biosensors auf die meisten Substrate steigern. Noch entscheidender ist der Einfluss der Morphologie der als Biosensorkomponente genutzten A. adeninivorans Zellen auf die erreichbaren Sensor-Signale. Da diese Hefe eine dimorphe Hefe ist, die bei Kultivierungstemperaturen unter 42\u00b0C Hefezellen bildet und ab 43\u00b0C als Mycel w\u00e4chst, bestand erstmals die M\u00f6glichkeit, zwei unterschiedliche morphologische Formen eines Stamms als mikrobielle Sensorkomponente zu testen. Dabei konnten durch die Nutzung von Mycel die Sensor-Signale der meisten getesteten Substanzen erh\u00f6ht werden, ohne Verringerung der Messbereiche, der Lagerstabilit\u00e4t bzw. der Anzahl der Messungen, die mit solch einem Sensor durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Keinen bzw. nur einen geringen Einfluss auf die Sensor-Signale haben die zur Immobilisierung genutzten Substanzen.
\nDa A. adeninivorans eine osmoresistente Hefe ist, wurde ihr Einsatz zur Messung von Umweltbelastungen in Salz-, Meeres- und Brackwasser getestet. W\u00e4hrend es bei herk\u00f6mmlichen Biosensoren bereits bei sehr geringen Salzkonzentrationen zu physiologischen Ver\u00e4nderungen des Biosensors kommt, konnte beim Arxula-Biosensor bis zu einer NaCl-Konzentration von 0,5 % (entspricht 10 % NaCl in der Messprobe) nur der durch die ver\u00e4nderte Sauerstoffl\u00f6slichkeit hervorgerufene physikalische Effekt bestimmt werden. Erst h\u00f6here NaCl-Konzentrationen verursachen auch bei diesem Biosensor physiologische Effekte, die zur Ver\u00e4nderung der Sensor-Signale f\u00fchren. Bei Nutzung von Hefeextrakt konnte ge-zeigt werden, dass der durch die NaCl-Zugabe verursachte physiologische Effekt sehr stark von der Konzentration des Substrats abh\u00e4ngig ist. So korrelieren bei dem Arxula-Biosensor Hefeextraktkonzentrationen bis zu 0,0625 % (entspricht 0,5 % in der Messprobe) direkt mit der NaCl-Konzentration, wobei bis zu dieser NaCl-Konzentration nur der physikalische Effekt nachweisbar ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Publikationen
\nRiedel K., Lehmann M., Tag K., Renneberg R., Kunze G (1998): Arxula adeninivorans based sensor for the estimation of BOD. Anal. Lett. 31, 1-12.
\nTag K., Lehmann M., Chan C., Renneberg R., Riedel K., Kunze G. (1998): Arxula adeninivorans LS3 as a suitable biosensor for measurements of biodegradable substances in salt water. J.Chem.Technol. Biotechnol. 73, 385-388.
\nChan C., Lehmann M., Tag K., Lung M., Kunze G., Riedel K., Gruendig G., Renneberg R. (1999): Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans for a microbial sensor immobilized with poly(carbamoyl)sulfonate (PCS): Part I: Construction and characterization of the microbial sensor. Biosensors & Bioelectronics.
\nLehmann M., Chan C., Lo A., Lung M., Tag K., Kunze G., Riedel K., Renneberg R. (1999): Measurement of biodegradable substances using the salt-tolerant yeast Arxula adeninivorans for a microbial sensor immobilized with Poly(carbamoyl)sulfonate (PCS). Part II: Application of the novel biosensor for real samples from coastal and island regions. Biosensors & Bioelectronics.
\nVortr\u00e4ge (V), Poster (P) und Messepr\u00e4sentationen (M)
\nTag K: Rapid measurements of biodegradable substances in water using a sensor based on the yeast Arxula adeninivorans. Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, 8.12.1998 (V).
\nTag K., Lehmann M., Riedel K., Renneberg R., Kunze G.: Arxula adeninivorans based sensor for the estimation of biochemical oxygen demand (BOD). VAAM-Fr\u00fchjahrstagung, Frankfurt\/Main, 22.-26.4.1998 (P).
\nNeuartige Biosensoren zur Messung des Biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und von Kupferionen. Hannover-Messe, 20.-25.4.1998 (M).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Durch eine ver\u00e4nderte Kultivierung der Arxula-Zellen (Maltose statt Glucose als C-Quelle), die Erh\u00f6hung der Messtemperatur auf 40\u00b0C\/42\u00b0C und die Nutzung von Arxula-Mycelien statt Hefezellen l\u00e4sst sich die Sensitivit\u00e4t des Arxula-Sensors weiter steigern. Au\u00dferdem konnte mit den bisherigen Untersuchungen erstmals gezeigt werden, dass der Arxula-Sensor auch zur Messung von Umweltbelastungen in Salz-, Meeres und Brackwasser geeignet ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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