Fokus Bioprozesstechnologie: Jacobs University entwickelt neue Verfahren für Pharma- und Lebensmittelindustrie
Die Jacobs University erhält im Rahmen von zwei internationalen Forschungsprojekten rund 630.000 € zur Entwicklung und Optimierung von industriellen Verfahren zur Gewinnung und Aufreinigung biosynthetischer Substanzen. Im Zentrum eines von der Jacobs University koordinierten EU-Verbundprojektes mit ca. 1,4 Mio € Gesamtvolumen steht die Neuentwicklung einer hocheffizienten Extraktionsmethode biopharmazeutischer Produkte aus Hefekulturen. Das BMBF finanziert mit rund 1,7 Mio € ein Projekt zur Optimierung biosynthetischer Enzymproduktion durch Pilze für den Einsatz in der Weinindustrie. Projektleiter an der Jacobs University ist Marcelo Fernandez-Lahore, Professor of Biochemical Engineering.
In der modernen Lebensmittel- und Pharmaindustrie kommen zunehmend biotechnologisch designte Mikroorganismen zum Einsatz, um in industriellem Maßstab Biomoleküle mit spezifischen Eigenschaften herzustellen. Wesentliche Faktoren für den erfolgreichen Wettbewerb in diesem Sektor sind die Effizienz bei der Produktgewinnung, die Produktqualität sowie die Kostensenkung. Beeinflusst werden diese Faktoren vor allem durch die eingesetzten Bioprozesstechnologien, das sogenannte "Downstream Processing", mit denen die biosynthetischen Substanzen aus den Zellkulturen isoliert und aufgereinigt werden.
"Die effiziente und schonende Trennung des Bioprodukts von den produzierenden Organismen ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen in der industriellen Biosynthese", erläutert Marcelo Fernandez-Lahore. "Zerstört man die Zellen, um die im Zellinneren angereicherten Syntheseprodukte freizusetzen, ist deren Rückgewinnung aus diesem Gemisch sehr aufwendig und außerdem leiden sowohl die Ausbeute als auch die Produktreinheit." Die Biomoleküle seien außerdem äußerst empfindlich, weshalb viele der herkömmlichen Extraktionsmethoden die biologische Aktivität der Moleküle beeinträchtigen, so der Downstream-Processing-Experte weiter.
Das von der EU geförderte Verbundprojekt, an dem sich neben der Jacobs University außerdem das französische Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale und die Universität Sofia sowie die Biotechnologiefirmen Organobalance (Deutschland), Biomedal (Spanien), Romb Ltd (Bulgarien) und das Informationstechnologieunternehmen Beta Tech (Frankreich) beteiligen, will nun eine vollständig neue Methode der schonenden Elektroextraktion für Proteine entwickeln. "In einem ersten Verfahrensschritt werden die Zellwände der Hefen, die wir in diesem Projekt als "Minifabriken" für biopharmazeutische Wirkstoffe, Enzyme und Bio-Nanoparikel verwenden, mit einer Art Elektroschockbehandlung für große Biomoleküle durchlässig gemacht. Um die wertvollen Biosyntheseprodukte sofort bei ihrem Austritt aus den Zellen "dingfest" zu machen, werden den Zellkulturen außerdem spezielle Verbundstoff-Mikrofasern zugesetzt, deren Oberflächen das gewünschte Molekül hochselektiv erkennen und adsorbieren" erklärt der Projektkoordinator Fernandez-Lahore das neuartige Konzept der Methode. "Mit dieser operativ einfachen Methode wird nicht nur die Produktausbeute und -qualität dramatisch verbessert sondern auch die Verfahrenskosten drastisch gesenkt."
Das vom BMBF geförderte Projekt, in dem die Jacobs University mit den Biotech-Unternehmen Antibioticos und Guserbiot aus Spanien, Bioreact aus Deutschland und dem türkischen Lebensmitteltechnologiespezialisten Iztech zusammenarbeitet, will das Potential von industriell erzeugten Pilzenzymen aus der Gruppe Glykosidasen (Pektinasen) für die geschmackliche und optische Optimierung von Weinen erforschen. "Die Enzyme sollen sowohl bei der Klärung des Mostes als auch zur Verbesserung von Farbe und Aroma des Weines eingesetzt werden. Auch hier schließt die Prozessoptimierung den Einsatz der neuen, schonenden Elektroextraktionsmethode ein, mit der die empfindlichen Enzyme aus den industriellen genetisch veränderten Mikroorganismen gewonnen werden sollen", sagt Fernandez-Lahore.
Beide Projekte starteten Anfang des Jahres und haben eine Laufzeit von zwei Jahren.
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