Algen, Bakterien und ein gemeinsames Ziel

Die Hochschule Bielefeld (HSBI) gratuliert herzlich: Dr. Jnanada Joshi hat ihre Dissertation erfolgreich verteidigt. Sie promovierte im Rahmen einer kooperativen Promotion zwischen der HSBI und der Universität Bielefeld, betreut von Prof. Dr. Anant Patel (HSBI) und Prof. Dr. Olaf Kruse (Universität Bielefeld). Ihrer Doktorarbeit mit dem Titel „Immobilisierung von pflanzenwachstumsfördernden Bakterien in Biopolymeren für robuste Mikroalgenproduktionsprozesse” untersuchte sie die gemeinsame Kultivierung von grünen Mikroalgen und Rhizobakterien im selben Medium, um aus beiden Organismen hohe Mengen an Biomasse, Lipiden und 2,3-Butandiol zu gewinnen.

Forschung, Wissenschaftskommunikation und internationale Vernetzung

Dr. Jnanada Joshi hatte sich nach ihrem Masterstudium bewusst für Bielefeld entschieden: „Ich habe mich für die HSBI entschieden, aufgrund des interdisziplinären Forschungsfokus und der einzigartigen Kombination aus angewandten Wissenschaften, kooperativen Forschungsmöglichkeiten und globalem akademischem Austausch“. Den Weg in die Spitzenforschung fand sie durch eine Stellenanzeige der HSBI, die sie auf der Website entdeckte. Während ihrer Promotion veröffentlichte Dr. Joshi sechs wissenschaftliche Publikationen, präsentierte ihre Ergebnisse auf internationalen Konferenzen und betreute Studierende. Darüber hinaus engagierte sie sich stark in der Wissenschaftskommunikation, etwa bei der Internationalen Woche der HSBI, dem Tag der offenen Tür, der GENIALE und beim Girls‘ Day. Das Forschungsspektrum von Dr. Joshi ist vielfältig. Sie arbeitete nicht nur an der Co-Kultivierung von Algen und Bakterien, sondern auch an Projekten zur Formulierung natürlicher Farbstoffe. Ein Feld, das für die nachhaltige Lebensmittel- und Textilindustrie zunehmend relevant ist. Heute setzt sie ihre Karriere in den USA fort. In Seattle arbeitet sie als Research Scientist an biotechnologischen Lösungen.

Gemeinsam stärker: Mikroalgen und Bakterien im Team

Mikroalgen sind kleine, unscheinbare Lebewesen doch ihr Potenzial ist riesig. Sie können die Grundlage für Lebensmittel und Futtermittel bilden, wertvolle Inhaltsstoffe für Nahrungsergänzungsmittel liefern, Biokraftstoffe erzeugen und sogar Abwässer reinigen. Wissenschaftler:innen weltweit sehen in ihnen Hoffnungsträger für eine nachhaltige Zukunft. Aber: Damit Algen tatsächlich industriell nutzbar werden, müssen die Prozesse stabil, effizient und ökonomisch sein. Genau an dieser Herausforderung setzte die Dissertation von Dr. Jnanada Joshi an.

Im Mittelpunkt ihrer Arbeit standen zwei Organismen, die unterschiedlicher kaum sein könnten und gerade deshalb ein starkes Team bilden:

• Die Mikroalge Scenedesmus obliquus – eine winzige „Biofabrik“, die mithilfe von Licht Photosynthese betreibt und Biomasse erzeugt. Diese lässt sich zu nachhaltigen Futtermitteln, Nahrungsergänzungsstoffen oder Biotreibstoffen weiterverarbeiten.
• Das Bakterium Paenibacillus polymyxa – ein natürlicher Helfer, der Pflanzenwachstum fördert. Es liefert der Alge wichtige Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, produziert Wachstumshormone und schützt sogar vor Krankheitserregern.

Hydrogel-Kügelchen als Räume für Bakterien

Die gemeinsame Kultivierung dieser beiden Organismen klingt einfach, ist es aber nicht. Werden die Bakterien frei in die Algenkultur gegeben, werden sie schnell ausgespült oder wachsen unkontrolliert. Dr. Joshi bettete deshalb die Bakterien in winzige Kügelchen aus biologisch abbaubaren Polymeren ein. Dies ist das, was mit Immobilisieren gemeint ist. Diese Kügelchen wirken wie kleine Räume, in denen die Bakterien stabil bleiben und gleichzeitig in enger Nachbarschaft mit den Algen zusammenarbeiten können. Das Ergebnis: eine robuste, hocheffiziente Lebensgemeinschaft. Die Alge produziert Biomasse, die Bakterien versorgen sie kontinuierlich mit Nährstoffen - ein Kreislauf, der sich selbst stärkt. Und die Zahlen sprechen für sich: Die Kombination von Mikroalgen mit immobilisierten Bakterien führte zu deutlich höheren Erträgen als jede andere getestete Variante. Weder reine Algenkulturen noch herkömmliche Mischkulturen konnten mithalten.

Effiziente Symbiose mit industriellem Potenzial

Um die Praxistauglichkeit zu beweisen, hat Dr. Joshi mit einem selbst konstruiertem Photobioreaktor gearbeitet. In diesem werden Mikroalgen gemeinsam mit immobilisierten Bakterien kultiviert. Der Reaktor wird kontinuierlich mit Licht versorgt, und die Flüssigkeit wird durchgepumpt, sodass die Bakterien in den beschichteten Kügelchen optimal verteilt bleiben. So konnte sie zeigen, dass ihr Verfahren nicht nur im Labormaßstab funktioniert, sondern auch für größere Anlagen geeignet ist. Eine begleitende Wirtschaftlichkeitsanalyse gibt den Ausblick, dass das Verfahren mit weiteren Optimierungen für industrielle Anwendungen interessant werden könnte. Vor allem, wenn günstige Rohstoffe wie Abwasser oder landwirtschaftliche Reststoffe genutzt werden. „Damit leistet Dr. Joshi einen wichtigen Beitrag zur Bio- und Umwelttechnologie, erklärt Betreuer Prof. Dr. Anant Patel. „Sie hat gezeigt, dass man durch gezielte Formulierung – in diesem Fall durch die Einbettung der Bakterien eine Grundlage für grünere Energie, weniger Chemikalien und robustere Produktionsverfahren schaffen kann“.

Formulierung als Schlüsseltechnologie für die Anwendung 

Professor Patel leitet die Arbeitsgruppe „Fermentation und Formulierung von Zellen und Wirkstoffen“ an der HSBI. Sein Fokus liegt auf einem oft unterschätzten Erfolgsfaktor biologischer Verfahren: der Formulierung. „Formulierung findet immer an der Schnittstelle von Produktion und Anwendung statt“, betont Prof. Patel. „Sie entscheidet, ob ein vielversprechendes Verfahren wirklich aus dem Labor hinaus in die Praxis getragen werden kann.“ Ob Medikamente, Pflanzenschutzmittel oder Biokatalysatoren: Erst die richtige Aufbereitung macht Wirkstoffe stabil, wirksam und nutzbar. Die Forschungsgruppe untersucht deshalb, wie biologische Produkte so formuliert werden können, dass sie für industrielle Prozesse handhabbar bleiben. Auch die von Dr. Joshi entwickelte Methode reiht sich in dieses Feld ein und unterstreicht die Bedeutung anwendungsorientierter Forschung. (jrf)

Ein Doktorhut als persönliches Porträt von Forschung und Lebensweg

An vielen Universitäten feiern Doktorand:innen ihren Abschluss mit einem individuell gestalteten Hut. Oft von Kolleg:innen oder Kommiliton:innen gebastelt, spiegeln diese skurrilen Kreationen aus den unterschiedlichsten Materialien die Arbeit der Absolvente:innen wieder. Während der Promotionsfeier wird das Kunstwerk überreicht und aufgesetzt. Diese Tradition macht die akademische Zeremonie zu einer persönlichen und humorvollen Feier, die die Freude über den vollendeten Forschungsweg unterstreicht.

Der Doktorhut den Jnanda Joshi trägt, bildet die ganze Vielfalt ihrer Promotionszeit ab: Wissenschaft, Arbeit und Privates vereinen sich zu einem bunten Gesamtbild. Zentrale Motive sind eine Alge und ein Bakterium, die sich unmittelbar auf das Thema ihrer Dissertation beziehen. Ergänzt wird dies durch die chemische Strukturformel von 2,3-Butandiol (ein Alkohol) und Lipid (fettartiger Naturstoff), zwei Stoffgruppen, die ihre Forschung maßgeblich geprägt haben. Ihr akademisches Zuhause Bielefeld ist durch die Sparrenburg mit der deutschen Flagge präsent, während die US-amerikanische und indische Flagge zusammen mit einem Flugzeug auf ihre internationalen Wurzeln und ihren weiteren Weg anspielen. Eine kleine Waffel mit Sahne verrät ganz nebenbei, was ihr während der Laborarbeit als Stärkung diente. Praktische Arbeitsutensilien wie ein Mikroskop und Messkolben repräsentieren den Alltag in der Mikrobiologie. Nicht zuletzt zeigt die umlaufende Collage aus Fotos von Freund:innen und Kolleg:innen, dass man auch in den anspruchsvollsten Phasen einer Promotion nicht allein ist.