botenstoff 01.13 - Human.technology Styria GmbH

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„Babyphon für Bakterien“: Gläserner Bioprozess durch
Analyse der Atemluft von Mikroorganismen
ForscherInnen des Austrian Centre
of Industrial Biotechnology
(acib) haben eine revolutionäre Methode
entwickelt, die Abluft jener
Mikroorganismen in Echtzeit zu
untersuchen, die Wirkstoffe für
die Pharmaindustrie herstellen.
Damit kann man nicht nur Bioprozesse
einfacher verbessern, sondern
das Auftreten von Problemen
sofort erkennen und schnell
gegensteuern. Damit steigt die
Sicherheit bei pharmazeutischen
Produkten.
Unsere Atemluft gibt noch viel mehr Informationen
preis als nur über die Getränke bei der
letzten Feier. Sie lässt sogar Rückschlüsse
auf die Befindlichkeit zu. Bei Menschen sind
dank empfindlichster Analysegeräte etwa
Krebssignale in winzigsten Spuren in der
Atemluft zu finden. Eine Zigarette hinterlässt
noch eine Woche nach dem Rauchen Spuren
in der ausgeatmeten Luft.
Aber nicht nur Menschen atmen, auch Mikroorganismen
machen das. Die empfindliche
Analyse der Luftbestandteile funktioniert
nach mehrjähriger, gemeinsamer
Forschung von acib und Firmenpartner Ionimed
nun auch bei der „Atemluft“ von Mikroorganismen.
Der Gesundheitszustand von
Bakterien oder Hefen, die in einem Fermentationskessel
gezüchtet werden, damit sie
Wirkstoffe herstellen, lässt sich nun erstmals
in Echtzeit beobachten. „Die Analyse spürt
einzelne Stoffe auf, die im direkten Zusammenhang
mit dem Stoffwechsel der Zelle
stehen“, erklärt Gerald Striedner, acib-Projektleiter
an der Universität für Bodenkultur
Wien (BOKU). Mit dieser Information können
Prozesstechniker schnell in das Produktionsverfahren
eingreifen, wenn etwas nicht
nach Plan läuft. Denn verhindert man eine
Überstrapazierung der Zellen, unterbindet
man gleichzeitig, dass sie zu wenig oder gar
minderwertige Produkte herstellen. Projektmitarbeiter
Markus Luchner bekam für seinen
Beitrag unlängst den INiTS-Award 2012
verliehen.
„Die Herausforderung lag in der Entwicklung
einer Technik, welche die strengen Prozessauflagen
der Pharmaindustrie einhält und
gleichzeitig die „Atemluft“ möglichst unverändert
zum Messgerät führt“, so Rene
Gutmann vom acib-Partnerunternehmen
Ionimed. Das Analysegerät – ein hoch empfindliches
Protonentransfer-Massenspektrometer
– muss mit dem sterilen Produktionskessel
verbunden sein, ohne dass es zu
Infektionen kommen kann. Außerdem muss
die Information in der Abluft unverändert
bis zur Analyse gelangen, weil sonst keine
verlässlichen Aussagen möglich sind. Zu
diesem Zweck wurde von den Forschern
im acib-Verbund ein Interface zwischen Fermenter
und Analysengerät entwickelt. Damit
ist erstmals auch die Analyse von industriellen
Fermentationsprozessen möglich, in
denen mehrere 1000 Liter an Fermentationsmedium
samt Mikroorganismen kultiviert
werden, ohne in den sterilen Bereich eingreifen
zu müssen.
Die Sicherheit bei der Herstellung von pharmazeutischen
Wirkstoffen steigt, während
die Kosten sinken, weil Produktionsausfälle
verhindert werden können und sich die Prozesse
auf Basis der Aussagen über den Zellstoffwechsel
unmittelbar verbessern lassen.
Bisher musste man für die Prozesskontrolle
Proben ziehen, diese aufarbeiten und analysieren;
eine im Vergleich langsame und aufwändige
Methode. „Diese neue Technologie
unterstreicht einmal mehr die Innovationsleistung
in der österreichischen Biotechnologie“,
freut sich acib-Geschäftsführer Anton
Glieder. Diese Innovationsleistung wurde
unlängst mit dem INiTS Award 2012 in der
Kategorie Life Science belohnt. Der Preis
ging an acib-Forscher Markus Luchner dafür,
dass die bisher übliche „Trial and Error-
Methode“ im Fermentationsbereich nun
durch eine fundierte Analyse ersetzt werden
kann.
Autor: ACIB GmbH
Die empfindliche Analyse der Luftbestandteile funktioniert
nach mehrjähriger, gemeinsamer Forschung
von acib und Firmenpartner Ionimed nun auch bei
der „Atemluft“ von Mikroorganismen.
So funktioniert die PTR-MS
Die PTR-MS-Methode kann dutzende
flüchtige Produkte aufspüren, die
während einer Fermentation von den
Mikroorganismen „ausgeatmet“ werden,
darunter Azeton, Azetaldehyd, Indol,
Isopren, Ethanol oder Methanol. Atmet
etwa Escherichia coli (die im Biotechbereich
am meisten genutzte Bakterienart)
in einer Fermentation beispielsweise winzige
Spuren von Azetaldehyd aus, ist das
ein Hinweis darauf, dass nicht mehr der
gewünschte Zuckerabbau vollzogen wird
(samt der Herstellung des Zielprodukts),
sondern die Mikroorganismen auf eine
unerwünschte Stoffwechselart gewechselt
haben. Auf Basis der Ergebnisse
der Abluftanalyse lässt sich der Prozess
wieder in die richtige Richtung lenken.
Nähere Informationen:
Gerald Striedner
acib GmbH
Muthgasse 18, 1190 Wien
T +43 (0)1 | 47654 6220
F +43 (0)1 | 47654 6675
gerald.striedner@acib.at
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