Bacillus sp VLSH08 screened from sea wetland in Nam Dinh province produces an extracellular endo-1,4-beta-glucanase. According to the results of the classified Kit API 50/CHB as well as sequence of 1500 bp fragment coding for 16S rRNA gene of the Bacillus sp VLSH 08 strain showed that the taxonomical characteristics between the strain VLSH 08 and Bacillus amyloliquefaciene JN999857 are similar of 98%. Culture supernatant of this strain showed optimal cellulase activity at pH 5.8 and 60 Celsius degree and that was enhanced 2.03 times in the presence of 5 mM Co2+. Moreover, the gene encoding endo-1,4-beta-glucanase from this strain was cloned in Escherichia coli using pCR2.1 vector. The entire gene for the enzyme contained a 1500-bp single open reading frame encoding 500 amino acids, including a 29-amino acid signal peptide. The amino acid sequence of this enzyme is very close to that of an EG of Bacillus subtilis (EU022560.1) and an EG of Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1) which all belong to the cellulase family E2. A cocktail of enzyme containing this endo-1,4-beta-glucanase used for biomass hydrolysis indicated that the cellulose conversion attained to 72.76% cellulose after 48 hours. / Chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 được tuyển chọn từ tập hợp chủng vi khuẩn phân lập ở vùng ngập mặn tỉnh Nam Định có khả năng sinh tổng hợp enzyme endo-1,4-beta-glucanase ngoại bào. Kết quả phân loại chủng vi khuẩn Bacillus sp VLSH08 bằng Kit hóa sinh API 50/CHB cũng như trình tự gen mã hóa 16S rRNA cho thấy độ tương đồng của chủng Bacillus sp VLSH08 và chủng Bacillus amyloliquefaciene JN999857 đạt 98%. Dịch lên men của chủng được sử dụng làm nguồn enzyme thô để nghiên cứu hoạt độ tối ưu của enzyme ở pH 5,8 và nhiệt đô 60oC. Hoạt tính enzyme tăng 2,03 lần khi có mặt 5 mM ion Co2+. Đồng thời, gen mã hóa cho enzyme endo-1,4-betaglucanase cũng được tách dòng trong tế bào Escherichia coli sử dụng vector pCR 2.1. Gen mã hóa cho enzyme này có chiều dài 1500 bp, mã hóa cho 500 axit amin, bao gồm 29 axit amin của chuỗi peptid tín hiệu. So sánh cho thấy trình tự gen endo-1,4-beta-glucanase của chủng Bacillus sp VLSH08 có độ tương đồng cao với enzyme này của chủng Bacillus subtilis (EU022560.1) và của chủng Bacillus amyloliquefaciene (EU022559.1). Tất cả các enzyme nhóm này đều thuộc họ cellulase E2. Enzyme của chủng này cũng đã được phối trộn với các enzyme khác tạo thành cocktail để thủy phân sinh khối cho kết quả cellulose bị thủy phân 72,76% sau 48 giờ.

Die Photobiotechnologie nutzt photosynthesegetriebene Bioprozesse zur nachhaltigen Synthese von Wertstoffen und Energieträgern. Diese Bioprozesse rücken vor allem durch die stoffliche Nutzung von CO2 als Kohlenstoff- und Licht als regenerative Energiequelle in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Trotz der enormen Vielfalt von geschätzten 500.000 Algenspezies werden zurzeit nur ca. 15 Mikro- und 220 Makroalgen technisch genutzt. Dieser Umstand ist u.a. dem geringen Prozessverständnis und den spezifischen Anforderungen der photobiotechnologische Prozesse an die technischen Systeme geschuldet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Kultivierungssysteme für die photosynthetisch aktiven Mikroorganismen Rhodobacter sphaeroides DSM158, Chlamydomonas reinhardtii 11.32b und Chlorella sorokiniana UTEX1230 entwickelt und evaluiert. Die photofermentative Wasserstoffproduktion mittels R. sphaeroides DSM158 erfolgte in einem eigens dafür konzipierten gerührten Halogen-Photobioreaktor durchgeführt. Im Satzbetrieb wurde der Einfluss des volumetrischen Leistungseintrages (P0/VL) und der mittlere Bestrahlungsstärke (I0) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass R. sphaeroides DSM158 bei einer durchschnittlichen I0 von 2250 W m-2 und einem P0/VL von 0,55 kW m-3 im Satzbetrieb eine maximale Wasserstoffproduktionsrate (rH2) von 195 mL L-1 h-1 erzielt. Das Reaktorsystem wurde mittels optischer Ray Tracing Simulation, einer empirischer Simulation der Strahlungsverteilung und Computational Fluid Dynamics (CFD) charakterisiert, um die Prozessbedingungen für R. sphaeroides DSM158 zu analysieren. Der photofermentative Prozess wurde in ein kontinuierliches Verfahren überführt, welches unter optimalen Bedingungen von I0 = 2250 W m-1, einer Durchflussrate von 0,096 h-1 und einem C:N-Verhältnis von ca. 22,5 eine rH2 von 170,5 mL L-1 h-1 lieferte. Für Mikroalgen wurden Kultivierungssysteme für Suspensions- und immobilisierte Kulturen entwickelt und charakterisiert. Zur Kultivierung immobilisierter Mikroalgen wurde die Methode des Green Bioprinting etabliert, die auf der 3D-Bioprinting Technologie des Tissue Engineerings beruht. Bei diesem Verfahren werden Algenzellen über einen Extrusionsprozess in ein strukturiertes Hydrogel eingebettet. In vergleichenden Studien zum Wachstum in Suspensionskulturen konnte gezeigt werden, dass die Hydrogelumgebung ideale Bedingungen für das photoautotrophe Wachstum und die Zellviabilität von C. reinhardtii 11.32b und C. sorokiniana UTEX1230 liefert. Der MicrOLED-Bioreaktor bezeichnet ein miniaturisiertes Flat-Panel-Airlift (FPA)-Bioreaktor-system mit 15 mL Arbeitsvolumen und nichtinvasiver optischer Prozessüberwachung in Bezug auf zellspezifische Parameter (Zelldichte und Fluoreszenz) und Suspensionsparameter (pH, dO2 und dCO2). Hydrodynamische Untersuchungen der miniaturisierten FPA-Kultivierungskammer zeigten vergleichbare und damit skalierbare Eigenschaften zu Labor- und Produktions-FPA-Bioreaktoren. Im Zuge des MicrOLED-Bioreaktors wurden erstmals organische Leuchtdioden für den Einsatz in Photobioreaktoren verwendet und charakterisiert. Die geometrisch komplexen Bioreaktorkomponenten wurden mittels additiver Fertigungstechnologien aus Polyamid hergestellt und erlauben die Integration der optischen Elemente zur Überwachung des Bioprozesses in Echtzeit.