7. November 2005

Screening unter Produktionsbedingungen

Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojekts unter Federführung der RWTH Aachen wurde eine innovative Nachfütterungstechnik zum Screening nach Produktionsstämmen mit Hilfe so genannter FeedBeads erfunden. FeedBeads sind Polymerpartikel, welche die Nährstoffe für Zellen oder Bakterien in einer genau dosierten Rate an das Kulturmedium abgeben. Das Screening, also die Suche nach ideal geeigneten Bakterien oder Zellen für einen biotechnologischen Produktionsprozess, erfolgt auf diese Weise unter ähnlichen Bedingungen wie sie auch in der späteren Produktion vorherrschen. Der große Vorteil ist, dass die Wahrscheinlichkeit, einen optimalen Produktionsstamm zu finden, enorm erhöht wird. Gleichzeitig werden in erheblichem Umfang Ressourcen geschont sowie Zeit und Kosten gespart.

Die Fütterungstechnik entscheidet
Bisher erfolgt das erste Testen von Produktions-organismen (Primärscreening) unter Bedingungen, die in wesentlichen Parametern von den späteren Produktionsbedingungen abweichen. Der entscheidende Unterschied liegt in der Fütterungstechnik: Erfolgte das Screening bisher im so genannten Batch-Betrieb («Satzbetrieb»), bei dem der gesamte Nährstoffvorrat zu Beginn zugegeben wird, werden bei der Produktion Nährstoffe definiert nachgefüttert. Diese Betriebs-bedingungen bezeichnet man als Fed-Batch-Betrieb («Zufütterungsbetrieb»). Der Batch-Betrieb ist für viele Mikroorganismen nicht ideal. Führt man das Primärscreening unter diesen Bedingungen durch, wird der ausgewählte Mikroorganismus in der Regel nicht der bestgeeignete für die Produktion unter Fed-Batch-Bedingungen sein.

FeedBeads simulieren Zufütterungsbetrieb
Mit den FeedBeads wurde eine Lösung für das Screening-Dilemma gefunden: In Polymerscheiben sind Nährstoffe eingekapselt, wie zum Beispiel der Zucker Glucose. Während des Fermentationsprozesses werden diese kontrolliert freigesetzt,wodurch Fed-Batch-Bedingungen simuliert werden. Diese polymerbasierten Freisetzungssysteme bieten zudem die Möglichkeit, bereits im Kleinkulturmaßstab wesentliche Prozessparameter rational zu optimieren,was zu einem erheblichen Zeit- und Ressourcenvorteil gegenüber der Optimierung im Fermentermaßstab führt.

Hochdurchsatzscreening unter Fed-Batch-Bedingungen
Die FeedBeads werden steril geliefert und dem Vorlagemedium im Schüttelkolben zugefügt. Bei der Mikrotiterplatte befinden sich die FeedBeads in den Vertiefungen am Boden. Durch die Standardisierung der Mikrotiterplatten können bestehende Gerätschaften problemlos benutzt werden und sind zum Hochdurchsatzscreening (HTS) geeignet. Mit dieser effizienten Screening-Methode werden tagtäglich zahlreiche Versuche und Nach-optimierungen überflüssig – ein gelungener Beitrag zum vorsorgenden Umweltschutz.

Projektziel:
Screening unter Fed-Batch-Bedingungen durch
Projektträger:
RWTH Aachen, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik Prof. Dr. Jochen Büchs Worringer Weg 1 52056 Aachen
Telefon:
0241/80-25546
Fax:
0241/80-22265
URL:
www.biovt.rwth-aachen.de
E-Mail:
info@biovt.rwth-aachen.de