Das Ketocarotenoid Astaxanthin wird in der Natur von einigen Algen, Pflanzen, Pilzen und Bakterien synthetisiert. Hierbei besitzt die Grünalge Haematococcus pluvialis mit bis zu 4% des Trockengewichtes die höchste Kapazität Astaxanthin zu akkumulieren. Kommerziell wird natürliches Astaxanthin aus H. pluvialis als pharmazeutisch-funktionelles Lebensmittel für den Menschen und hauptsächlich als Färbemittel in der Aquakultur verwendet. Aufgrund hoher Produktionskosten von natürlichem Astaxanthin aus H. pluvialis wird der kommerzielle Astaxanthinmarkt von dem synthetischen Analogon dominiert. Da jedoch die Nachfrage für natürliches Astaxanthin stetig steigt, laufen die Bestrebungen zur Verbesserung von Massenkultursystemen für H. pluvialis, insbesondere auf technischer Ebene, auf Hochtouren, um die Produktionskosten zu senken und damit die Konkurrenzfähigkeit von natürlichem Astaxanthin auf dem Carotenoidmarkt zu erhöhen.
Der Fokus dieser Doktorarbeit liegt auf der Verbesserung der H. pluvialis Produktivität auf biologischer Ebene, nämlich durch Selektion und genetische Manipulation eines effizienten H. pluvialis Stammes. Hierfür wurden 26 Stämme mit geographisch unterschiedlicher Herkunft im Mikromaßstab analysiert. Schnell wachsende Stämme wurden entweder verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, um die Astaxanthinproduktion zu induzieren, oder durch EMS Mutagenese manipuliert, um sowohl das Wachstum als auch die Astaxanthinproduktion zu verbessern. Zudem wurden phylogenetische Analysen durchgeführt.
Die Versuchsansätze im Mikromaßstab konnten sowohl für das Selektieren effizient wachsender Stämme als auch für das Selektieren von Stressfaktoren für eine effiziente Astaxanthinproduktion erfolgreich eingesetzt werden. Hierbei wurden fünf effizient wachsende Stämme mit einem maximalen AUCexp / AUCtotal Verhältnis von 100% identifiziert: H. pluvialis CCAC Stämme 0055, 2072, 3305, 3319 und SAG 34-1n. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine Kombination aus Phosphatmangel und Salzstress (0.8% NaCl) die Astaxanthinproduktion effizient steigern kann: eine finale Astaxanthinkonzentration von 51 µg mL-1 auf absoluter Ebene und 204 pg Zelle-1 auf zellulärer Ebene konnten erzielt werden. Grundsätzlich konnte die finale Astaxanthinkonzentration bei einer Salzkonzentration von 0.3% und 0.5% deutlich gesteigert werden. Ob eine weitere Steigerung der Astaxanthinproduktion zwischen einer Salzkonzentration von 0.3% bis 0.5% möglich ist, müsste in zukunftigen Analysen untersucht werden. Im Versuchsansatz zur Optimierung eines H. pluvialis Stammes durch EMS Mutagenese konnten keine Mutanten generiert werden, die in ihrem Wachstum oder in ihrer Astaxanthinproduktion im positive Sinne übermäßig verändert waren. Zukünftig könnten physikalische und chemische Mutagenesen kombiniert werden, um den Erfolg zu steigern. Die phylogenetischen Analysen ergaben, dass H. pluvialis eine monophyletische Gruppe ist und dass die physiologischen Differenzen möglicherweise auf verschiedene Ökotypen zurück zu führen sind.
Insgesamt erwies sich das Screenen von H. pluvialis Stämmen für effizientes Wachstum und effiziente Astaxanthinproduktion im Mikromaßstab als attraktive, zeit- und platzsparende Alternative zu den üblicherweise eingesetzten Methoden
