Mikrobiologie: Unvergleichbar komplexe Ergebnisse durch parallele Kultivierung

Durch die Entwicklung von Hochdurchsatzverfahren zur genetischen Veränderung von Mikroorganismen steigt die Zahl potenzieller Produktkandidaten, die hinsichtlich ihrer Eignung zur Proteinproduktion untersucht werden müssen. Die DASGIP AG bietet durch eine modular aufgebaute Anlagenstruktur und spezifische Kultivierungssysteme optimale Lösungen für die stetig wachsenden Ansprüche moderner Stammentwicklung. So bietet der BioLector die Möglichkeit im µl-Maßstab bis zu 96 Kultivierungen parallel durchzuführen und dabei wesentliche Reaktionsparameter wie Biomasse, Temperatur und pH-Wert bzw. den gelöst Sauerstoff online aufzuzeichnen. Auf diese Weise können in einer ersten Phase geeignete (Bakterien-)Stämme aus einer Vielzahl von Kandidaten selektiert werden. Der Einsatz des DASGIP-Kultivierungssystems stellt einen weiteren Schritt zur erfolgreichen Identifikation der besten Produzenten dar. Durch die Gewährleistung authentischer Fermentationsbedingungen ist die Untersuchung von Prozessen und produktionsähnlichen Bedingungen möglich. Der modulare Aufbau der Anlage ermöglicht eine extrem detaillierte Darstellung und Untersuchung des Fermentationsprozesses. Angefangen von der Temperatur- und pH-Regelung und der Regelung der Substratzufuhr über die Analyse der Abluft und der Biomasse bis hin zur Regelung der Gaskonzentration in der Zuluft kann die Ausstattung der Anlage an die kundenspezifischen Wünsche/Ansprüche angepasst werden.

» Anwenderbeispiel "Die Rolle von Glykogen in der Aminosäureproduktion" (PDF)

Ist ein besonders geeigneter Expressionsstamm identifiziert, so wird die bestmögliche Ausbeute in der biotechnologischen Produktion rekombinanter Proteine in erster Linie durch die Zelldichte der entsprechenden Mikroorganismen im Fermentationsansatz bestimmt. Durch hochpräziese Regelung der Kulturbedingungen ermöglichen DASGIP Parallele Bioreaktor Systeme die Hochzelldichte Kultivierung der üblicherweise biotechnologisch genutzten Mikroben wie beispielsweise E. coli, Pichia pastoris oder Saccaromyces cerivisiae. Über die individuelle Anpassung von Rüherdrehzahl, Sauerstoffkonzentration in der Zuluft sowie der Gasflussrate, kann der Sauerstoffeintrag optimal an den aktuellen Bedarf der Kultur angepasst werden. Die, gerade bei hochzelldichter Fermentation, entstehende erhöhte Prozesswärme kann über den BioBlock effizient und zuverlässig abgeleitet werden und gewährleistet somit eine genaue und individuelle Temperaturregelung.

» Anwenderbericht "Comparative Studies for High Cell Density Fermentation" (PDF)

» Artikel "HCDF as a Protein-Labeling Methodology" (PDF)

Die Optimierung von Fermentationsprozessen zur Produktion von rekombinanten Proteinen ist abhängig von vielen verschiedenen Faktoren, die teilweise sehr spezifisch für einzelne Organismen und rekombinante Proteine sind. So beeinflussen z.B. die Temperatur und der pH-Wert die Qualität und Ausbeute des Produktes. Die Ermittlung der optimalen Reaktionsbedingungen und Medienzusammensetzung ist somit wichtig für das Erzielen hoher Proteinkonzentrationen. Da optimale Bedingungen für das Zellwachstum und die Proteinproduktion durchaus unterschiedlich sein können, ist es darüber hinaus notwendig eine geeignete Prozessführung zu ermitteln. Dies bedeutet, dass z.B. die Temperatur oder der pH-Wert nach Erreichen einer gewissen Zelldichte so angepasst werden, dass eine optimale Proteinstabilität und –Ausbeute gewährleistet wird. In vielen Fällen erfolgt die Proteinproduktion über eine gezielte Induktion der Proteinexpression. Das DASGIP System bietet eine Vielzahl an hochpräzisen Regelkreisen und Automatisierungsfunktionen zur individuellen und optimalen Führung von solchen Fermentationsprozessen. So kann z.B. die Gelöstsauerstoffkonzentration über die Zufuhrrate von Nährmedium geregelt werden oder über eine automatische Anpassung von Rührerdrehzahl, Gasflussrate und Sauerstoffkonzentration in der Zuluft. 

» Anwendungsbericht "fed-batch Fermentation von Hansenula polymorpha" (PDF)

» Anwendungsbericht "Novel fermentation system for protein production" (PDF)

Die Verknappung der Ölressourcen sowie der steigende globale Energiehunger haben zu einer Preis-Ralley für Rohöl an den Weltmärkten geführt und damit die Dringlichkeit für eine Suche nach alternativen Quellen für die Energie- und insbesondere Kraftstoffgewinnung drastisch vor Augen geführt. Speziell für Prozesse zur Entwicklung und Herstellung von Biokraftstoffen hat die DASGIP AG ein maßgeschneidertes paralleles Bioreaktor System entwickelt. Es erlaubt das Arbeiten unter Sauerstoffausschluss, das unabhängige Monitoring von pH-Wert und Redox-Potential sowie die sichere und flexible Begasung über Gasgemische oder frei wählbare, separat geführte Eingangsgase.

» E-Flyer Biofuels, eng. (PDF)

» Pressemitteilung "Biokraftstoffe" (PDF)

» Artikel ""Replacement of a phase-out technology: managing sophisticated processes with in-depth insight"; Biotech international, 2010 (PDF)

» Artikel "Biofuels - challenges & chances: How biofuel development can benefit from advanced process technology"; Engineering in Life Sciences, 2009 (PDF)

» Anwenderbericht "Isobutanol from Renewable Feedstock" (PDF)

Das junge Forschungsgebiet der Biokatalyse, im Überschneidungsbereich zwischen Biotechnologie und Chemie, erarbeitet Wege zur Umsetzung chemischer Reaktionen mit Hilfe biologischer Katalysatoren. Sowohl freie Enzyme als auch Bakterien, Hefen und Pilze werden als Biokatalysatoren eingesetzt. Ein nachhaltiger Umgang mit Energie- und Rohstoffressourcen steht hierbei den bereits bestehenden chemischen Synthesen, mit der Verwendung teils giftiger Reagenzien und Lösungsmitteln sowie einem hohen Energieverbrauch entgegen. Neben den etablierten biokatalysierten Prozessen wie der Herstellung von Vitamin C, Aspartam oder verschiedenen Antibiotika gewinnt die Biokatalyse insbesondere in Hinblick auf die umweltgerechte Herstellung innovativer Produkte zunehmend an Bedeutung. Mit den bis zu 16-fach parallelen DASGIP Bioreaktoren für aerobe wie auch anaerobe Kulturen, mit Fermentationsvolumina zwischen 150 ml und 3 l sowie dem neu entwickelten BioLector zum Hochdurchsatz Screening putativer Zielorganismen im µl Maßstab, ermöglichen die DASGIP Mikrobiologie Systeme die schnelle, einfache und umfassende Analyse und Charakterisierung spezieller Stämme oder Klone für die Biokatalyse.

» Artikel "Vitamin C Production"; Food Engineering & Ingrediens, 2008 (PDF)

» mehr zum Kooperationsprojekt "High-Througput-Bioreaktoren zur Bernsteinsäureherstellung"

Neben dem klassischen Einsatz von Mikroorganismen in der Nahrungs- und Futtermittel Industrie wie beispielsweise der alkoholischen Gärung, der Ansäuerung von Milchprodukten oder der Silierung werden Bakterien und Pilze in den letzten Jahren auch vermehrt zur Produktion von Lebensmittel-Zusatzstoffen wie Vitaminen, Antioxidanzien oder bioaktiven Peptiden eingesetzt. DASGIP Parallele Bioreaktorsysteme für die parallele und kontrollierte Fermentation von Mikroorganismen unterstützen die Forschungs- und Entwicklungsarbeit auf dem Gebiet der Nahrungsmittelwissenschaft. Das modulare Konzept der DASGIP Kontrolleinheiten ermöglicht darüber hinaus die Integration in bestehende Systeme und somit den Einsatz in der Produktion und Qualitätskontrolle. Anwender aus der Nahrungs- und Futtermittelindustrie profitieren von den einfachen up- und downscaling Eigenschaften der DASGIP Systeme, um ihre Prozesse von der Entwicklung bis hin zur Produktion zu überwachen.

» Artikel "DASGIP Parallel Bioreactor Systems in Food Industries"; Bio Process International, 2008 (PDF)

» Anwenderbericht "Process Development for Silage Inoculants - Optimization of Fermentation for Lactobacillus sp." (PDF)