FeadBead Plate / FeadBead Disc

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Hochdurchsatzfütterungssysteme für das Primärscreening (Fed-Batch Mikrotiterplatten)

Infolge des Rohstoffwandels werden klassische chemische Prozesse zunehmend durch biotechnologische Produktionsrouten ersetzt bzw. ergänzt. Solche Produktionsrouten stützen sich entweder direkt oder indirekt auf die Kultivierung von meist gentechnisch modifizierte Mikroorganismen oder auch von tierischen Zellen.

Die Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens beginnt mit der Suche nach geeigneten Produktionsstämmen und Prozessbedingungen. Hierfür werden Tausende von Stämmen kultiviert und auf ihre Fähigkeit Produkte zu bilden, untersucht. Dieser auch Primärscreening genannte Entwicklungsschritt ist entsprechend auf hohen Durchsatz ausgelegt. Im Primärscreening werden die Organismen bis heute hauptsächlich im Batch kultiviert. Hierzu enthalten die eingesetzten Nährmedien zu Beginn der Kultivierung eine hohe Konzentration von Substraten und Puffersalzen, die den Bedarf der Organismen über die gesamte Kultivierungszeit decken. Viele Mikroorganismen weisen jedoch unter hohen Substrat- und Pufferkonzentrationen eine verminderte oder sogar gar keine Produktbildung auf. Erst bei geringen Konzentrationen, wie sie am Ende der Kultivierung erreicht werden, findet Produktbildung statt. Werden Stämme im batchbetrieb ausgewählt, zeigen sie bei Substratüberschuss, hohen osmotischen Drücken und wenig optimalen pH-Werten die größte Produktivität. Diese Bedingungen sind jedoch weit entfernt von den Bedingungen eines optimal geführten Produktionsprozesses mit Fütterung (Fed-Batch-Prozess) und pH-Steuerung, weshalb die unter Batch-Bedingungen im Primärscreening ausgewählten Stämme oftmals unter Produktionsbedingungen enttäuschen.

Die Zielsetzung des Projekts ist die Weiterentwicklung von Mikrotiterplatten, die ein Polymer-basiertes Freisetzungssystem enthalten. Aus diesem wird mit hoher Reproduzierbarkeit und mit definierter Rate Substrat, z. B. Glucose, in das Fermentationsmedium freigesetzt. In den entsprechenden Platten können Fed-Batch-Kultivierungen im Hochdurchsatzscreening ohne zusätzlichen apparativen Aufwand durchgeführt werden und umgehen dabei die genannten Probleme bei batchbetriebenen Primärscreeningprozessen.

Literatur
Jeude M., Dittirch B., Niederschulte H., Anderlei T., Knocke Ch., Klee D., Büchs J., Fed-batch mode in shake flasks by slow-release technique, Biotechnol. Bioengng. 95(3), 433-445,2006.