Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In diesem Projekt soll ein optischer Biosensor zur markierungsfreien, produktspezifischen \u00dcberwachung von Fermentationsprozessen entwickelt werden. Ziel ist es, die bisher offline durchgef\u00fchrte Analytik, bestehend aus Probennahme, Probenaufbereitungsschritten und einer geeigneten offline-Analyse, durch eine online-\u00dcberwachung zu ersetzen. Durch eine online-\u00dcberwachung kann der Prozess genauer gesteuert und schneller und einfacher auf Ver\u00e4nderungen im Prozess reagiert werden. So k\u00f6nnen Fehllaufzeiten vermieden und Abfallmengen und Energieverbrauch reduziert werden. Dies soll am Beispiel der Vancomycin- und der Hirudinproduktion vollzogen werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenF\u00fcr das Monitoring werden in rasch aufeinanderfolgenden Zeitintervallen Proben aus dem Kulturmedium automatisch in die Detektionseinheit, die als Bypass realisiert wird, eingebracht. Es folgen schnelle Filtrations- bzw. Membranfiltrationsschritte, bevor die Probenl\u00f6sung auf den eigentlichen Biosensor gebracht wird. Als Detektionsprinzip kommt die Reflektometrische Interferenzspektroskopie (RIfS) zum Einsatz. Dazu muss in einem ersten Schritt ein geeigneter Transducer entwickelt werden, der spezifisch auf das zu detektierende Zielmolek\u00fcl anspricht. Das entwickelte Detektorsystem soll zuerst mit reinen Standardl\u00f6sungen charakterisiert werden. Anschlie\u00dfend sollen mit dem Detektionssystem reale Fermenterproben vermessen werden. Parallel dazu wird ein geeignetes Bypasssystem entwickelt, um die Detektionseinheit direkt am Fermenter anzubringen. Abschlie\u00dfend soll das Sensorsystem direkt an einem laufenden Fermentationsprozess zum Einsatz kommen und dort evaluiert werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Detektion von Vancomycin
\nEs konnte am Beispiel der Fermentation von Vancomycin gezeigt werden, dass mit dem an der Universit\u00e4t T\u00fcbingen entwickelten Sensorsystem eine online-\u00dcberwachung von Fermentationsprozessen prinzipiell m\u00f6glich ist. Die Sensordaten lieferten dabei vergleichbare Werte wie die Referenzanalytik mittels HPLC. Es konnte erfolgreich ein referenzierter Aufbau entwickelt werden, der es erm\u00f6glicht, den spezifischen Anteil des Sensorsignals von unspezifischen Bindungsanteilen zu separieren. Dieses gelingt dadurch, dass simultan an zwei unterschiedlichen Messpunkten zum einen ein Gesamtsignal, zum anderen nur der unspezifische Anteil am Gesamtsignal gemessen wird. Da sowohl f\u00fcr die Sensormessung als auch f\u00fcr die Referenzanalytik zellfreie Proben ben\u00f6tigt werden, wurden bisher alle Proben zentrifugiert. Dieser Schritt der Probenvorbereitung konnte w\u00e4hrend dieses Projekts erfolgreich durch einen leicht zu automatisierenden Filtrationsschritt ersetzt werden. Ebenfalls gelang es, eine entsprechende Fluidik aufzubauen, die eine automatisierte Verd\u00fcnnung der Proben um mehr als zwei Gr\u00f6\u00dfenordnungen erlaubt und das Gesamtvolumen der verd\u00fcnnten Proben deutlich unter 500 \u00b5l bleibt.
\nDetektion von Hirudin
\n\u00dcber ein indirektes Testformat konnte ein vielversprechender Ansatz f\u00fcr eine erfolgreiche Detektion von Hirudin gefunden werden.
\nBewertung
\nEs konnte gezeigt werden, dass mit dem entwickelten Sensorsystem deutliche Einsparungen an Chemikalien und Zeit bez\u00fcglich der Analyse des Prozesses erreicht werden k\u00f6nnen. Auch bedeutet die Tatsache, dass bei der Detektion mit RIfS im w\u00e4ssrigen Milieu gearbeitet wird, eine erheblich qualitative Verbesserung der Arbeitsbedingungen f\u00fcr die Person, die die Analytik durchf\u00fchrt. Es kann auf gesundheitssch\u00e4dliche L\u00f6sungsmittel wie Actonitrill, das zur klassischen Analyse mittels HPLC ben\u00f6tigt wird, verzichtet werden. Die Analysenzeiten f\u00fcr eine Einzelanalyse wurden betr\u00e4chtlich reduziert. Somit ist die Analytik mit dem entwickelten Sensorsystem zeitnaher am Fermentationsprozess und es kann schneller auf ungewohnte Ver\u00e4nderungen im
\nProzess reagiert werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vortr\u00e4ge:
\nBioTechnica, Okt. 1999 (Hannover)
\nDechema, Jan. 2000 (Frankfurt
\n)Lifecom, M\u00e4rz 2000 (D\u00fcsseldorf)
\nAchema, Mai 2000 (Frankfurt)
\nHeiligenstadt, Oktober 2000
\nTerra-Tec, M\u00e4rz 2001 (Leipzig)
\nSensor 2001, Mai 2001 (N\u00fcrnberg
\n)Poster:
\nProzessmesstechnik in der Biotechnologie, Mai 2000 (Bamberg)
\nBio-Gen-Tec NRW, M\u00e4rz 2001 (K\u00f6ln)
\nDechema Jahrestagung der Biotechnologen, M\u00e4rz 2001 (Leipzig)
\nBiosensor 2001, April 2001 (T\u00fcbingen)
\nPressemitteilung (Dez. 1999)
\nBeitrag f\u00fcr die Zeitschrift attempto! der Presseabteilung der Universit\u00e4t T\u00fcbingen, in Bearbeitung
\nPublikationen:
\n–\tMehlmann, M., T\u00fcnnemann, R., Jung, G. & Gauglitz, G. (2001): Markierungsfreie Interaktionsanalyse zur online-\u00dcberwachung von Fermentationsprozessen mit Reflektometrischer Interferenzspektroskopie. In Erb, R. & Heiden, S. (Hrsg.) (2001): Sensorik, Sonderausgabe BIOSpektrum: 19-22.
\n–\tT\u00fcnnemann, R., Mehlmann, M., S\u00fc\u00dfmuth, R. D., B\u00fchler, B., Pelzer, S., Wohlleben, W., Fiedler, H.-P., Wiesm\u00fcller, K.-H., Gauglitz, G. & Jung, G. (2001): Optical Biosensors – Monitoring studies of Glycopeptide Antibiotic Fermentation Using White Light Interference. Anal. Chemie 73: 4313-4318.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Vancomycin konnte erfolgreich in realen Fermenterproben detektiert und der Fermentationsverlauf verfolgt werden. Von der apparativen Seite konnte erfolgreich ein System zur automatisierten Verd\u00fcnnung aufgebaut und charakterisiert werden. Somit konnten alle Probenvorbereitungsschritte automatisiert werden.
\nDie Detektion von Hirudin konnte bisher nur prinzipiell gezeigt, aber noch nicht quantifiziert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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