Doktorand:in - Hochdurchsatz-Charakterisierung mikrobieller Morphologie für die Bioprozessoptimierung mit Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) (w/m/d)

Unser Institut für Bio- und Geowissenschaften - Biotechnologie (IBG-1) ist führend auf dem Gebiet der Industriellen Biotechnologie. Die Arbeitsgruppe Bioprozesse und Bioanalytik verfügt über umfassende Kompetenzen in der mikrobiellen Bioprozessentwicklung und Stammkonstruktion sowie über innovative Werkzeuge und Workflows zur Laborautomatisierung, Miniaturisierung und Digitalisierung. Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf der Konstruktion und Durchmusterung mikrobieller Stammbibliotheken und der effizienten Bioprozessentwicklung. Dabei gewinnen automatisierte Experimente und KI-Methoden zunehmend an Bedeutung.

Die zu besetzende Position ist in einem BMFTR-Verbundprojekt im Rahmen der BioDigitalHubs der HighTechAgenda der Bundesregierung angesiedelt. Das Projekt fördert die Innovationskraft der Industriellen Biotechnologie in Deutschland für eine ressourceneffiziente und wettbewerbsfähige Industrie. Die BioDigitalHubs verknüpfen Bioprozessentwicklung mit KI-Methoden und sollen eine autonome Entwicklung von Bioprozessen mit stark reduzierten Entwicklungszeiten ermöglichen.

Ihre Aufgaben im Team

Für die Fortsetzung dieser Forschungsaktivität suchen wir mit der ausgeschriebenen Stelle eine Person, die die Untersuchung der Zellmorphologie mit der Bioprozesstechnik für die Entwicklung mikrobieller Produktionsprozesse zielführend verbinden kann. Die Arbeitsgruppe verfügt über leistungsfähige Lichtmikroskopie und KI-basierte Bildauswertungsverfahren, die in vorausgegangenen Aktivitäten erfolgreich entwickelt wurden.

Zudem verfügt die Arbeitsgruppe über leistungsfähige Automatisierungsplattformen und nutzt diese für vielfältige Fragestellungen der molekularbiologischen Stammkonstruktion und der mikrobiellen Kultivierung im automatisierten Mikromaßstab. Dabei ist die Miniaturisierung, Parallelisierung und Automatisierung der Experimente ein Schlüssel zum Erfolg sowohl für die Stammkonstruktion als auch für die Stammcharakterisierung und die Bioprozessoptimierung bis in den Labormaßstab. Die automatisierten Technologien umfassen auch die Mikroskopie, die Generierung der Bilddaten und die KI-gestützte Bildauswertung und können at-line zur Kultivierung erfolgen.

Der thematische Schwerpunkt der Arbeit wird hierbei auf der Entwicklung neuartiger Ansätze zur At-line-Mikroskopie für automatisierte Mikrokultivierungs- und Laborbioreaktorsysteme mit industrierelevanten mikrobiellen Produktionsstämmen liegen. Neben dem experimentellen Fokus auf die Kultivierung und die Generierung qualitativ hochwertiger Bilddaten sind die Weiterentwicklung und Nutzung von KI-Werkzeugen für die Bildauswertung und Morphologiecharakterisierung eine wichtige Zielsetzung.

Zu Ihren Aufgaben im Rahmen des Projektes werden gehören:

• Entwicklung und Verbesserung von mikroskopischen Verfahren für die Untersuchung mikrobieller Systeme von industrieller Relevanz
• Charakterisierung mit weiteren bioanalytischen, chemischen oder optischen Verfahren
• Entwicklung und Programmierung neuer automatisierter Workflows für die automatisierte Bioprozessentwicklung für Mikrokultivierungs- (TECAN Freedom Evo 200 mit integriertem BioLector XT) und Laborbioreaktorsysteme (Eppendorf) mit At-line-Mikroskopie
• Kultivierung und Screening von mikrobiellen Stammbibliotheken im Batch- und Fed-Batch-Modus mit einer automatisierten Mikrokultivierungsplattform, z. B. BioLector-Mikrokultivierungssystem mit TECAN Freedom Evo und At-line-Mikroskopie
• Nutzung von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) für die Datenauswertung, die Planung der nächsten Generation von Experimenten und die Ableitung von biologischem oder prozesstechnischem Know-how für die Optimierung der Bioprozesse
• Kultivierung in vierfach parallelen Laborbioreaktoren (Eppendorf) im Batch- und Fed-Batch-Modus
• Selbstständige Auswertung und Präsentation der Ergebnisse der eigenen Arbeit
• Eigenständige Reflexion der eigenen Ergebnisse und Weiterentwicklung des Themas
• Präsentation der Projektergebnisse in internen Formaten und Austausch mit internen und externen Projektpartnern auch in englischer Sprache
• Verfassen von wissenschaftlichen Publikationen und Projektberichten auch in englischer Sprache
• Betreuung von Studierenden im Rahmen von Forschungspraktika und Abschlussarbeiten als Teil des eigenen Projektes
• Teilnahme an nationalen und internationalen Konferenzen mit Präsentation Ihrer Forschungsergebnisse

Das bringen Sie mit

• Ein mindestens mit der Gesamtnote „gut“ abgeschlossenes Masterstudium im Bereich Biotechnologie, Bioverfahrenstechnik, Biologie oder eine verwandte Disziplin
• Sie sind interessiert am Einsatz von Hochdurchsatz-Methoden im Labor und an der Opti