Die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen mit Mikroorganismen hat zu vielen Produktionsprozessen in der Industriellen Biotechnologie geführt. Vielfach wird eine Verminderung der Leistungsfähigkeit der Mikroorganismen bei der Maßstabsvergrößerung in den Produktionsmaßstab beobachtet. Ein Grund dafür ist die Inhomogenität von großen Bioreaktoren. Das Ziel des Vorhabens ist es, die metabolischen Vorgänge in den mikrobiellen Zellen auf der Ebene der Stoffflüsse und Metaboliten besser zu verstehen, um damit Ansatzpunkte für die Verbesserung der Verfahren und Prozesse zu untersuchen. Die Arbeiten werden sich dabei auf ein Produkt aus dem Bereich der Bulk-Chemikalien und E. coli als Produktionsorganismus konzentrieren. Mit dem Einsatz eines sogenannten Scale-down Bioreaktors kann das inhomogene Verhalten von großen Bioreaktoren im Labormaßstab nachgestellt und die dabei beteiligten metabolischen Prozesse untersucht werden. Für die Beobachtung der metabolischen Konsequenzen dieser inhomogenen Bedingungen auf den Stoffwechsel und seine Leistungsfähigkeit wird das Werkzeug der 13C-basierten Stoffflussanalyse für den Einsatz im Scale-down Bioreaktor entwickelt und eingesetzt. Ein wichtiger Fokus liegt hierbei auf der Identifizierung der metabolischen Unterschiede zwischen Kultivierungen im Scale-down Ansatz und ideal durchmischten Laborbioreaktoren unter Zuhilfenahme von Bioprozessbilanzierung, Omics-Technologien und Netzwerkmodellierung.