Modellgestützte Bioprozessentwicklung zur Herstellung von natürlichen Milcholigosacchariden für medizinische Anwendungen (Bio-ProFi)

Schwere Durchfallerkrankungen (Diarrhöe) sind mit über 40 % die häufigste Todesursache bei Kälbern. Die Behandlung ist sehr pflegeintensiv, da die betroffenen Tiere trotz Behandlung mit Antibiotika über lange Zeit sehr geschwächt sind. Eine antibiotika-freie, natürliche Behandlung kann nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen durch Zugabe von natürlichen Milcholigosacchariden (MOS) im Futter erfolgen. Allerdings fehlt es derzeit an Technologien zur industriellen Produktion von MOS. Die chemische Synthese von MOS ist sehr aufwändig und wirtschaftlich uninteressant. Eine wirtschaftliche Produktion von Milcholigosacchariden erfordert daher einen neuen biokatalytischen Ansatz auf Basis eines GRAS-Organismus (generally-regarded-as-safe).

Die Steuerung von Fermentationsprozessen erfolgt heute meist empirisch und beruht häufig auf Erfahrungswerten. Dies erschwert die Optimierung und kann besonders bei neuen Verfahren sehr langwierig und damit teuer sein. Es fehlen geeigneten Modelle, die die komplexen Prozesse abbilden und Vorhersagen für eine optimale Steuerung machen. Die Weiterentwicklungen der Prozessleitsystemsoftware WinErs durch IB Schoop wird neue Einsatzmöglichkeiten in der Biotechnologie eröffnen und an dem Prozess beispielhaft die Möglichkeiten einer intelligenten modellgestützten Prozessführung zeigen.

Ziel des Projektes ist die biotechnologische Produktion von natürlichen Milcholigosacchariden mit Hilfe modellgestützter Prozessentwicklungssysteme auf der Basis des Prozessleit- und Simulationssystems WinErs, um so der biopharmazeutischen Industrie Zugang zu therapeutisch relevanten Grundstrukturen wie Sialyllactose für die Behandlung schwerer Darmerkrankungen zur Verfügung zu stellen.

Durch die Kombination von wissenschaftlicher Exzellenz der TU Hamburg und der Innovationskraft kleiner und mittlerer Unternehmen wollen die Antragsteller dazu beitragen, Hamburg zu einem national und international führenden Standort der industriellen Biotechnologie zu entwickeln.

Stichworte

• Entwicklung nachhaltiger Bioprozesse

Publikationen

• Frahm, Björn and Lane, Paul and Atzert, Hendrik and Munack, Axel and Hoffmann, Martin and Hass, Volker C and Pörtner, Ralf: Adaptive, model-based control by the Open-Loop-Feedback-Optimal (OLFO) controller for the effective fed-batch cultivation of hybridoma cells. Biotechnology progress, 18(5): S. 1095--1103, 2002. , DOI: 10.1021/bp020035y
• Faschian, R; Eren, I; Minden, S; Pörtner, R: Evaluation of fixed-bed cultures with immobilized Lactococcus lactis ssp. lactis on different scales. The Open Biotechnology Journal(11): S. 16-25, 2016. , DOI: 10.2174/1874070701711010016
• Faschian, R; Minden, S; Pörtner, R: Experimental investigation and reaction kinetics modeling of biomass formation, substrate consumption and product formation during start-up of fixed-bed cultures with immobilized Lactococcus lactis ssp. Lactis. J. Bioprocess Biotech(6:9), 2016. , DOI: 10.4172/2155-9821.1000294
• Brüning, S; Gerlach, I; Pörtner, R; Mandenius, CF; Hass, VC: Modeling Suspension Cultures of Microbial and Mammalian Cells with an Adaptable Six-Compartment Model. Chem. Eng. Technol. (40, 5): S. 956 - 966, 2017. , DOI: 10.1002/ceat.201600639