Bioprozesstechnik
Forschungsrichtungen
Die Bioverfahrenstechnik nutzt die Fähigkeiten von Mikroorganismen zur Herstellung einer Vielzahl von biologischen Produkten für medizinische, industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen. Heute werden computergesteuerte Bioreaktoren eingesetzt, um große Mengen wichtiger Biologika wie Aminosäuren, rekombinante Proteine, Antibiotika oder virale Impfstoffe aseptisch zu produzieren. Viele der vorhandenen Arzneimittel sowie potenzielle neue Medikamente werden in eukaryotischen Zellen hergestellt, die im Vergleich zu herkömmlichen Fermentationsprozessen eine relativ geringe Produktivität aufweisen. Um das volle Potenzial biotechnologischer Produktionsmethoden auszuschöpfen, müssen hochentwickelte Zellkulturtechnologien und ausgeklügelte Aufreinigungsverfahren etabliert werden. Darüber hinaus ist eine detaillierte Beschreibung der komplexen Mechanismen, die dem Zellwachstum und der Produktbildung zugrunde liegen, unerlässlich. Infolgedessen wird eine enorme Menge an Daten auf verschiedenen Prozessebenen gesammelt, um die Produktion von Biologika zu gestalten und zu optimieren. Laufende Verbesserungen bei der On- und Offline-Überwachung erleichtern die Analyse des Zellstoffwechsels, des Medienverbrauchs und der Produktbildung in Bioreaktoren oder liefern wertvolle Informationen über die Produktausbeute oder den Reinheitsgrad in der nachgelagerten Aufreinigung. Darüber hinaus werden aktuelle Fortschritte bei der Hochdurchsatzanalyse der Proteinexpression, der Proteinfunktion und der posttranslationalen Modifikation, insbesondere der Glykosylierung, zur Aufklärung von Mechanismen des Zellverhaltens beitragen und enorme Möglichkeiten zur Optimierung von Bioprozessen oder zur Entwicklung neuer Ansätze für die Herstellung hochwirksamer Medikamente bieten.
Die mathematische Modellierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Analyse und Optimierung von Bioprozessen. Ohne solche Modelle ist es praktisch unmöglich, Stoffwechselwege und Regulationsnetzwerke tierischer Zellen, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und ihrer Umgebung in einem Bioreaktor quantitativ zu verstehen oder eine rationale Gestaltung nachgeschalteter Aufreinigungschritte zur Maximierung von Ausbeute und Reinheit der jeweiligen Endprodukte zu ermöglichen.
Die Gruppe Bioprozesstechnik umfasst sechs Teams, die eng mit ihren Kollegen aus den anderen Forschungsgruppen des MPI und der Gruppe Bioprozesstechnik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg zusammenarbeiten.