Screening unter Produktionsbedingungen

Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojekts unter FederfĂŒhrung der RWTH Aachen wurde eine innovative NachfĂŒtterungstechnik zum Screening nach ProduktionsstĂ€mmen mit Hilfe so genannter FeedBeads erfunden. FeedBeads sind Polymerpartikel, welche die NĂ€hrstoffe fĂŒr Zellen oder Bakterien in einer genau dosierten Rate an das Kulturmedium abgeben. Das Screening, also die Suche nach ideal geeigneten Bakterien oder Zellen fĂŒr einen biotechnologischen Produktionsprozess, erfolgt auf diese Weise unter Ă€hnlichen Bedingungen wie sie auch in der spĂ€teren 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 FĂŒtterungstechnik entscheidet
Bisher erfolgt das erste Testen von Produktions-organismen (PrimĂ€rscreening) unter Bedingungen, die in wesentlichen Parametern von den spĂ€teren Produktionsbedingungen abweichen. Der entscheidende Unterschied liegt in der FĂŒtterungstechnik: Erfolgte das Screening bisher im so genannten Batch-Betrieb («Satzbetrieb»), bei dem der gesamte NĂ€hrstoffvorrat zu Beginn zugegeben wird, werden bei der Produktion NĂ€hrstoffe definiert nachgefĂŒttert. Diese Betriebs-bedingungen bezeichnet man als Fed-Batch-Betrieb («ZufĂŒtterungsbetrieb»). Der Batch-Betrieb ist fĂŒr viele Mikroorganismen nicht ideal. FĂŒhrt man das PrimĂ€rscreening unter diesen Bedingungen durch, wird der ausgewĂ€hlte Mikroorganismus in der Regel nicht der bestgeeignete fĂŒr die Produktion unter Fed-Batch-Bedingungen sein.

FeedBeads simulieren ZufĂŒtterungsbetrieb
Mit den FeedBeads wurde eine Lösung fĂŒr das Screening-Dilemma gefunden: In Polymerscheiben sind NĂ€hrstoffe eingekapselt, wie zum Beispiel der Zucker Glucose. WĂ€hrend 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 gegenĂŒber der Optimierung im Fermentermaßstab fĂŒhrt.

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

Projektziel:
Screening unter Fed-Batch-Bedingungen durch
ProjekttrÀger:
RWTH Aachen, Lehrstuhl fĂŒr Bioverfahrenstechnik Prof. Dr. Jochen BĂŒchs 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
FeedBeads im SchĂŒttelkolben
FeedBeads in der Mikrotiterplatte