ERA CoBioTech Call 1: ScaleApp – Untersuchung von Effekten in großskaligen Bioreaktoren für mikrobielle Anwendungen; Teilvorhaben B

Die biotechnologische Produktion von Enzymen und Chemikalien für industrielle Zwecke in großtechnischen Bioreaktoren ist Stand der Technik. Jedoch sind die Bioprozessbedingungen in solch großen Bioreaktoren nicht mehr überall gleich, da es zur Ausbildung von Gradienten in Bezug auf Stoffkonzentrationen oder Bioprozessparametern kommt (z.B. Substrate, Sauerstoff, pH, T). Diese Gradienten gehen häufig Hand in Hand mit Einbußen in der Leistungsfähigkeit der Bioprozesse während der Maßstabsvergößerung (Scale-up) vom Labor in den Produktionsmaßstab. Dieser Zusammenhang ist bereits gut bekannt, allerdings existiert bislang keine konsistente Strategie solche Effekte für unterschiedliche Prozesse und Bioreaktoren prädiktiv zu untersuchen. Der typische Ansatz verwendet grobe Näherungen anstelle von wissensbasierten Ansätzen, was zu Schwierigkeiten bei der Maßstabsvergrößerung führen kann. Vorteilhafte Techniken aus dem Bereich Prozesssensoren, Omics-Analytik und Rechner-basierter Verfahren sind noch nicht optimal eingebunden, um die Verbesserung der Robustheit von Produktionsprozessen auf der Ebene der Mikroorganismen als auch auf der Bioprozessebene zu erreichen. Dabei kann dieser Einfluss den Unterschied ausmachen, ob ein neues biotechnologisches Produkt ökologisch und ökonomisch mit vorhandenen Produkten konkurrieren kann bzw. einen enormen Effekt auf die Produktionskosten eines vorhandenen Produktes haben. Das ScaleApp Projekt adressiert die Entwicklung von zukünftigen Ansätzen zum Scale-Up mikrobieller Produktionsprozesse und deren Entwicklung und Validierung mittels maßgeschneiderter Scale-Down Bioreaktoren. Die Bioprozessbedingungen in einem Produktionsbioreaktor lassen sich unter Laborbedingungen in kompartimentierten Bioreaktoren näherungsweise abbilden. Dabei werden die Mikroorganismen in regelmäßigen Zyklen wechselnden Umgebungsbedigungen ausgesetzt, ähnlich den Bedingungen in einem industriellen Produktionsbioreaktor.