Mit
Hilfe von Mikroorganismen oder Enzymen ist es möglich regio-
und stereoselektive chemische Umwandlungsreaktionen
durchzuführen. Der Einsatz solcher Biotransformationen findet
in der chemischen Industrie Interesse, vor allem bei der
Herstellung von pharmazeutisch bedeutsamen Verbindungen oder
chiralen Synthesebausteinen, die auf chemischem Wege nur
schwer oder nicht zugänglich sind. Im Arbeitsbereich
Biokatalyse und Enzymtechnologie des IBVT wird eine Reihe von
unterschiedlichen Reaktionssystemen bearbeitet, wobei die
Teilschritte der Verfahrensentwicklung in Kooperation mit
anderen Arbeitsgruppen im Zentrum für Bioverfahrenstechnik
bearbeitet werden:
Vom
Molekül zur technischen Anlage: Simultanes Engineering
Screening (Bereitstellung eines
geeigneten biologischen Katalysators nebst Einsatz von
Methoden des evolutiven und rationalen Designs des
Biokatalysators).
Produktion von Enzymen (rekombinante
Organismen) in Hochzelldichtefermentationen in
Bioreaktoren unterschiedlicher Volumina nebst
Produktaufarbeitung.
Charakterisierung der Enzyme in
suspendierter und immobilisierter Form.
Reaktionskinetik und mathematische
Modellierung der Prozesse.
Einsatz einer hinsichtlich Mess- und
Regelungstechnik voll instrumentierten Miniplant zur
Überprüfung der Modelle, Untersuchungen von
Rückführungsproblemen und Bereitstellung von Daten
für die Planung von Produktionsanlagen.
Hochzelldichtefermentationen
rekombinanter Enzyme: Maximale Produktivitäten bei
kontrollierter Prozeßführung
Exemplarisch
für diese
vielfältigen Aktivitäten ist die Produktion eines
rekombinanten Enzyms mit Hilfe des Bakteriums Escherichia
coli in
einer 30l Bioengineering-Anlage. In einem so genannten
Hochzelldichteverfahren (Zugabe von Glucose bei einer
Fed-Batch-Prozessführung) werden die Bakterien bis zu
Konzentrationen von 150g Trockensubstanz/ I gezüchtet. An den
Reaktor sind neben der üblichen Mess- und Regelungstechnik
ein robotergekoppeltes Probeentnahmesystem, eine
vollautomatische Glucoseanalyse sowie ein Fluoreszenzsensor
gekoppelt. Mit Hilfe dieses Sensors ist es möglich, das
produzierte rekombinante Protein kontinuierlich online zu
verfolgen. Zu diesem Zweck wird das Gen des zu
produzierenden technischen Enzyms (zum Beispiel Hydantoinase
oder Dehalogenase) mit dem Gen eines fluoreszierenden Proteins
(GFP: green fluorescensing protein) fusioniert. Dieses
Beispiel zeigt, wie moderne Methoden der Gentechnik auf der
molekularen Ebene beitragen, Probleme der Prozessüberwachung
mit Blick auf verbesserte Prozessführungen auf der
makroskopischen Ebene zu lösen.
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