Schwerpunkte

Bioproduktion ohne Zellen

Das neue Reaktorsystem soll die Synthese aktiver Biomoleküle im Lysat von Bakterien, tierischen oder pflanzlichen Zellen in großen Mengen für neue, industrielle Anwendungen ermöglichen. Da die Synthese nicht mehr an die Lebensfähigkeit eines Wirtsorganismus gebunden ist, können auch Proteine mit neuartigen Eigenschaften erzeugt werden, die die Anforderungen industrieller Anwendungen optimal erfüllen.

Baukastenprinzip

Der neuartige Reaktor besteht aus drei getrennt technologisch einsetzbaren Einheiten: einem zentralen Reaktionsmodul, das den Ausgangsstoff, das Zelllysat, zur Verfügung stellt, einem Modul für die Transkription der DNA und einem Modul für die Abtrennung des Produkts. Der Reaktoraufbau lässt sich somit für jedes Biomolekül optimal anpassen. Das neue System gewährleistet außerdem erstmals die kontinuierliche Ver- und Entsorgung aller wesentlichen Reaktionskomponenten sowie die Aufnahme der wichtigsten Reaktionsparameter. Auch die Energieversorgung soll integriert werden: Eine große Hürde für die industrielle Anwendung der ZFB ist bisher die aufwendige und kostenintensive Bereitstellung der chemischen Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Daher ist ein erster Fokus des Projektes die Entwicklung eines Moduls für die Regenerierung von ATP im Prozess.

Ressourcensparender Kreislauf

Durch technologische Steuerung wird der Synthesekreislauf der Proteine so optimiert, dass die Aktivität des eingesetzten Lysats langfristig erhalten bleibt. Dabei soll ein Recyclingkreislauf der wichtigsten Synthesekomponenten entstehen, der mit einem geringeren Bedarf an Zelllysat auskommt und weniger biologischen Abfall produziert, welcher aufwendig aufgearbeitet werden müsste. Dieser Ansatz unterscheidet den Reaktor der Fraunhofer Systemforschung von bereits bestehenden Reaktoren.

Aktive Steuerung

Eine Besonderheit des neuen Reaktors ist, dass die einzelnen Komponenten mit Analyse- und Stelleinheiten ausgerüstet werden, die die Produktion kontinuierlich kontrollieren und steuern, um den Synthesezeitraum gezielt zu verlängern. Als Steuerinstrumente kommen vor allem elektrische und optische Verfahren zum Einsatz, die sich bereits in der chemischen Verfahrenstechnik, der Biosensorik und Bioanalytik bewährt haben. So lassen sich neue Konzepte für die Prozessführung und -steuerung in der zellfreien Biosynthese etablieren, die industriellen Maßstäben gerecht werden.

Upscaling und Automatisierung

Eine wichtige Voraussetzung für die Behauptung am Markt ist die kosteneffiziente Produktion. Das wird gewährleistet, indem schon während der Forschung die Anforderungen industrieller Anwendungen berücksichtigt werden. So erlaubt das flexible Baukastensystem, dass sich der Reaktor für jedes Biomolekül optimal anpassen lässt. Außerdem läuft die Synthese im großen Maße und unabhängig von der Lebensfähigkeit eines Organismus ab. So lassen sich Proteine mit neuartigen Eigenschaften auch in großen Mengen erzeugen.

Weiterführende Links

Hier finden Sie wieterführende Informationen auf den Seiten der beteiligten Institute