Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zell-Stress erhöht die Produktivität

02.07.2012
An der TU Wien wurde eine Methode entwickelt, in kürzerer Zeit mehr Information als bisher über den Stoffwechsel von Mikroorganismen herauszufinden, um damit ihre Produktivität zu steigern.

Ein bisschen Stress kann die Produktivität erhöhen – das ist keine Erkenntnis aus der modernen Arbeitswelt, sondern aus dem Labor des Instituts für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien.


Hefezellen
TU Wien

Wenn man Mikroorganismen (etwa Hefepilze) einsetzen will, um gezielt Biomoleküle herzustellen, muss man zunächst in langwierigen Versuchen die optimale chemische und physiologische Umgebung dafür finden. Im Gegensatz zur konventionellen Tests setzt man an der TU Wien die Mikroorganismen gezielt zeitlich veränderlichen, dynamischen Bedingungen aus, um in kürzerer Zeit mehr über ihren Stoffwechsel zu erfahren. Erstaunlicherweise wird genau durch den dadurch erzeugten Stress die Effizienz der Mikroorganismen deutlich gesteigert.

Mikroorganismen als lebende Chemiefabriken

Pilze oder Bakterien zur Herstellung von bestimmten wertvollen Stoffen einzusetzen ist heute ganz alltäglich. In der pharmazeutischen Industrie werden häufig genmanipulierte Organismen verwendet, etwa um Proteine und Enzyme zu erzeugen. Einen solchen Prozess aufzusetzen und zu optimieren ist jedoch recht aufwendig: Welchen Pilz- oder Bakterienstamm soll man verwenden? Wie müssen die Umgebungsbedingungen sowie die Kontrollstrategien ausgelegt sein, damit die Mikroorganismen möglichst effizient arbeiten? „Bisher musste man all das in vielen einzelnen Versuchen ausprobieren, von denen jeder einzelne viele Tage oder Wochen dauern kann“, sagt Oliver Spadiut (TU Wien).

Daher machte man sich in an der TU Wien auf die Suche nach besseren Alternativen. Anstatt eine Kultur in einem konstanten Gleichgewichtszustand zu beobachten, führt man ihr immer wieder in kurzen Pulsen unterschiedliche Mengen bestimmter Stoffe zu. „Wir beobachten dann die zeitabhängige Reaktion der Kultur auf diese gepulsten Veränderungen“, erklärt Christian Dietzsch, der im Rahmen dieses Projektes seine Dissertation verfasste.

Zeitliche Änderung bringt nützlichen Stress

Während dieser Charakterisierungs-Experimente wurde eine erstaunliche Entdeckung gemacht: genau diese zeitlichen, dynamischen Veränderungen von Prozessbedingungen erwiesen sich als positiv für die Produktivität der Zellen. „Abrupte Änderungen der physiologischen Bedingungen setzen die Zellen unter Stress, und eigentlich hätte man eher vermuten können, dass Stress schädlich für die Zellen ist“, sagt Oliver Spadiut. „Doch genau dieser Stress lässt die Mikroorganismen effektiver arbeiten. In einer dynamisch veränderten Umgebung produzieren sie mehr als in einem konstanten Gleichgewichtszustand.“

„Unsere Taktik, die chemische Zusammensetzung immer wieder gezielt zu ändern hat also zwei wesentliche Vorteile“, erklärt Professor Christoph Herwig, Leiter der Forschungsgruppe Bioverfahrenstechnik. „Wir können in kürzerer Zeit mehr Information gewinnen als bisher – und gleichzeitig erhöhen wir genau durch diese Dynamik auch die Produktivität.“

Medizin bis Alternativenergie

In Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde mit Pichia pastoris gearbeitet – einem Hefepilz, mit dem man wertvolle Enzyme herstellen kann, unter anderem für gezielte Krebstherapie. „Das Anwendungsgebiet der neuen Methode ist aber viel breiter“, betont Christoph Herwig. „In unserer Arbeitsgruppe entwickeln wir Methoden, die generisch anwendbar sind. Unsere dynamische Strategie ist sowohl für mikrobielle als auch für tierische Zellen, für die man die optimalen Umgebungsbedingungen schaffen will, anwendbar. Dadurch erspart man sich nicht nur wochenlange, mühevolle Versuchsreihen, sondern auch die dadurch entstehenden Kosten.“ Wichtige Einsatzgebiete gibt es im Bereich Energie und Umwelt (einer der Forschungsschwerpunkte der TU Wien) – etwa die Methanproduktion aus Biomasse. „Von der pharmazeutischen Industrie bis zu erneuerbarer Energie – mit unserer Taktik zur Bioprozess-Optimierung werden in vielen Bereichen deutliche Verbesserungen möglich“, ist Christoph Herwig sicher.

Rückfragehinweise:

Dr. Oliver Spadiut
Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
Technische Universität Wien
Gumpendorfer Straße 1a, 1060 Wien
T: +43-1-58801-166473
oliver.spadiut@tuwien.ac.at
Univ. Prof. Christoph Herwig
Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
Technische Universität Wien
Gumpendorfer Straße 1a, 1060 Wien
T: +43-1-58801-166400
oliver.spadiut@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/zell_stress/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt
18.06.2018 | Universität Bern

nachricht Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen
18.06.2018 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Abwehrmechanismus gegen Sauerstoffradikale entdeckt

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Umwandlung von nicht-neuronalen Zellen in Nervenzellen

18.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Im Fußballfieber: Rittal Cup verspricht Spannung und Spaß

18.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics