Populationsheterogenität tritt besonders in großvolumigen industriellen Bioprozessen auf und zeichnet sich durch das ungleiche Verhalten von Zellen einer isogenen Population aus. In technischen Bioreaktoren bilden sich durch unzureichende Durchmischung Gradienten (beispielsweise Substratkonzentrationen) aus, wodurch Zellen an verschiedenen Stellen im Reaktor unterschiedlichen Mikroumgebungen ausgesetzt sind. Da nicht alle Zellen den gleichen Weg zurücklegen und zusätzlich unterschiedlich reagieren können, entsteht im Prozessverlauf eine heterogene Zellpopulation. Als Konsequenz kann es in industriellen Bioprozessen zu geringeren Ausbeuten und verstärkter Nebenproduktbildung im Vergleich zum (ideal durchmischten) Labormaßstab kommen.

Ziel dieser Nachwuchsgruppe ist zunächst die Charakterisierung von Populationsheterogenitäten wie sie in technischen Prozessen auftreten können. Im Zuge dessen sollen zum einen im Labormaßstab gezielt Inhomogenitäten experimentell erzeugt und zum anderen die Ausbildung von Subpopulationen analytisch erfasst werden, um zu einem besseren quantitativen Verständnis von Populationsheterogenitäten, deren Ursachen und deren Kontrolle gelangen zu können.

Dazu soll Populationsheterogenität, wie sie sich in Verteilungen von Einzelzelleigenschaften erfassen lässt, am Beispiel von Escherichia coli unter verschiedenen industriell relevanten Reaktionsbedingungen untersucht werden. Um das Entstehen und den zeitlichen Verlauf von Populationsheterogenität in vivo verfolgen zu können, sollen verschiedene zelluläre Reporterproteine zum Einsatz kommen. Dazu wird die Expression von unterschiedlich  fluoreszierenden Reporterproteinen an ausgewählte zelluläre Eigenschaften gekoppelt, so dass beispielsweise die Wachstumsraten einzelner Zellen als Fluoreszenzverteilung detektiert werden können. Diese Verteilungen können mit Hilfe der Durchflusszytometrie erfasst werden. So können zeitliche Veränderungen zum Beispiel der Verteilung der Wachstumsraten, der Produktbildungsraten und/oder anderer Stoffwechseleigenschaften einer Population als Funktion der Prozesszeit in Bioreaktoren mit unterschiedlich guter Durchmischung beobachtet werden.