Projekt RecogNice: Neue systembiologische Ansätze in der industriellen, weißen Biotechnologie

Großvolumige Produktionsprozesse (> 10.000 L) sind charakteristisch für die Herstellung von Produkten der weißen Biotechnologie. Folgerichtig müssen neue Stamm- und Prozessentwicklungen nicht nur im kleinen Labormaßstab erfolgreich funktionieren, sondern auch den schwierigen Schritt der Maßstabsvergrößerung in den oft mehrere 100.000 L umfassenden Produktionsmaßstab überwinden.

Bei großvolumigen Produktionsprozessen bestehen erheblich andere Bedingungen als im Labor. Zellen, die in diesen großvolumigen Produktionsansätzen kultiviert werden, erfahren durch die im Reaktor herrschende Vermischung eine kontinuierliche Veränderung ihrer Kultivierungsbedingungen, was nicht selten zu signifikanten Einbrüchen in den Leistungsdaten führt.

Bisher konnte noch kein allgemeingültiges Kriterium für die verschiedenen Scale-up Fragestellungen entwickelt werden.

Ziel des Projektes ist es daher, auf der Basis von detaillierten systembiologischen Forschungsarbeiten ein quantitatives, modellgestütztes Verständnis für die wesentlichen Einflüsse der Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffregulation in Escherichia coli als industriellen Modellorganismus zu erhalten. Es ist beabsichtigt, basierend auf diesem detaillierten Stoffwechselmodell, das wesentliche Regulationsmechanismen dynamisch widerspiegeln soll, völlig neuartige Scale-up Kriterien, die nunmehr ausschließlich biologisch fundiert sind, zu identifizieren.

Um die detaillierten Regulationsmodelle für Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffaufnahme in E. coli datengetrieben identifizieren zu können, müssen umfangreiche repräsentative Sca-le-down Studien durchgeführt, aussagekräftige Proben für die systembiologische Untersuchung bereitgestellt und die Daten einer entsprechenden Modellierung zugeführt werden.

Zu beachten ist, dass es sich bei dieser Vorgehensweise um einen vollkommen neuartigen Ansatz handelt, bei dem erstmals neuartige Scale-up Kriterien auf der Basis biologischer Rahmenbedingungen definiert werden, was als wesentlicher Beitrag für die wissensbasierte Bioökonomie angesehen wird. Bei erfolgreicher Umsetzung ist davon auszugehen, dass mehr Erfolg versprechende Bioprozesse den sensitiven Schritt aus dem Labor in den Produktionsalltag erreichen werden.

Beteiligt sind drei Institute der Universität Stuttgart: das Institut für Bioverfahrenstechnik (IBVT), das Institut für Mikrobiologie (IMB) und das Institut für Systemdynamik (ISYS) sowie das Institut für Humangenetik (IMG) des Universitätsklinikums Tübingen.
Kontakt: Beate Witteler-Neul, Universität Stuttgart, Center Systems Biology (CSB)

Tel. +49 (0) 711 685-69926, Email: witteler@zsb.uni-stuttgart.de