2025-04-282025-04-28https://hdl.handle.net/11420/55466Die meisten Mikroorganismen, wachsen in Form von Biofilmen, und jeder ist mit dieser überall verbreiteten Lebensform vertraut. Jeder Stein, der sich schleimig anfühlt, wenn er aus einem Bach herausgenommen wird, oder jeder Zahn, der sich vor und nach dem Zähneputzen anders anfühlt, sind Beispiele für Mikroorganismen, die als Biofilme wachsen. In Biofilmen sind Mikroorganismen typischerweise an eine Oberfläche angeheftet und kommen in hoher Zelldichte vor. Sie sind widerstandsfähiger gegenüber wachstumshemmenden Faktoren, was im medizinischen Kontext problematisch sein kann, jedoch im Hinblick auf die Robustheit von Prozessen in biotechnologischen Anwendungen von Vorteil sein kann. Obwohl die meisten potenziellen mikrobiellen Biokatalysatoren auf der Erde in Form von Biofilmen wachsen und in hoher Zelldichte etabliert werden können und relativ robuste Lebensformen darstellen, arbeiten wir in der Biotechnologie dennoch hauptsächlich mit planktonischen Mikroorganismen in Rührreaktorsystemen. Dies ist umso überraschender, als Biofilme in der Vergangenheit bewiesen haben, dass sie (I) produktiver und (II) widerstandsfähiger sein können und (III) die Produktaufreinigung im Vergleich zu planktonischen Systemen erleichtern können. Es mangelt an Wissen, Erfahrung und Reaktortechnologie, was die erfolgreiche Implementierung dieser Systeme als neue biokatalytische Werkzeuge in einer biobasierten Wirtschaft behindert. Folglich besteht ein dringender Bedarf an Grundlagenforschung, um angewandte Biofilmkatalysatoren zu verstehen, deren volles Potenzial durch metabolische und genetische Ingenieurtechniken zu nutzen und sie in Reaktorumgebungen anzuwenden, die wettbewerbsfähige Raum-Zeit-Ausbeuten in zukünftigen Anwendungen ermöglichen. In Deutschland gibt es zahlreiche Forschungsgruppen aus vielen verschiedenen Disziplinen (z.B. Ingenieurwesen, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Physik), die Forschung zu Biofilmen betreiben. Das geplante Schwerpunktprogramm wird ein hervorragendes Instrument sein, um eine solche interdisziplinäre Zusammenarbeit zu ermöglichen und zu fördern. Außerdem wird es eine neue Generation von Wissenschaftler*innen ausbilden und ein maßgeschneidertes Curriculum für individuelle methodische Kommunikation sowie Soft-Skill-Training einrichten. Darüber hinaus hat das Programm einen starken Fokus auf Internationalisierung, indem es mit drei Zentren für Biofilmstudien in Großbritannien, den USA und Singapur zusammenarbeitet. Von dieser Strategie wird das Schwerpunktprogramm wissenschaftlich profitieren, und die Studierenden werden individuell davon profitieren, indem sie Kontakte zu potenziellen Partnern für zukünftige internationale Karrieren knüpfen.We pursue with this proposal the evidence-based hypothesis that productive biofilm systems will be key for future sustainable bioengineering and bio-based production. Most microorganisms that we know grow in the form of biofilms and everybody is familiar with this ubiquitously distributed live form. Every stone that feels slimy when taking out of a stream or every tooth that feels different before and after brushing the teeth are examples for microorganisms that grow as biofilms on surfaces. Moreover, biofilms composed of pathogenic organisms can be a major threat to human health and it was the motivation from the medical sector that initiated interest in the molecular fundamentals of biofilm formation. In biofilms, microorganisms are typically attached to a surface and occur in high cell density. Also, they are more resilient to growth inhibiting factors which is problematic in the medical context but can be of advantage considering process robustness in biotechnological applications. Although most potential microbial biocatalysts on Earth grow in the form of biofilms and although they can be established in high cell density and can be rather robust life forms, we still operate in biotechnology mainly with planktonic micro-organisms in stirred tank reactor systems. This is also surprising as biofilms have proven in the past that they can be (I) more productive, (II) have higher resilience, and (III) allow easier downstream processing compared to planktonic systems. It is lacking knowledge, experience, and reactor technology that hampers the successful implementation of these systems as new biocatalytic tools in a bio-based economy. Consequently, there is an urgent need in fundamental research to understand applied biofilm catalysts, harness their full potential by metabolic and genetic engineering and apply them in reactor environments that allow competitive space-time-yields in future applications. In Germany, there are numerous research groups in many different disciplines (e.g., engineering, microbiology, molecular biology, physics) conducting research on biofilms. This diverse group of scientists should be addressed to synergistically combine expertise and techniques to focus on Productive Biofilm Systems. The planned priority program will be an excellent tool to enable and foster such an interdisciplinary collaboration. Also, it will train a new generation of scientists and will setup a tailored curriculum for individual methodological communication as well as soft skill training. Moreover, the program has a strong focus on internationalization by collaborating with three centers for biofilm studies located in the UK, USA and Singapore. From this strategy, the priority program will benefit scientifically, and the students will individually benefit by networking with potential partners for future international career steps.