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

Die biotechnologische Produktion von Enzymen und Chemikalien 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. Diese Gradienten gehen häufig Hand in Hand mit Einbußen in der Leistungsfähigkeit der Bioprozesse während der Maßstabsvergößerung (Scale-up) vom Labor in den Produktionsmaßstab. Moderne Technologien aus dem Bereich Prozesssensoren, Omics-Analytik und Rechner-basierter Verfahren sind noch nicht optimal eingebunden, um die Verbesserung der Robustheit von Produktionsprozessen zu erreichen. Das ScaleApp Projekt adressiert die Entwicklung von zukünftigen Ansätzen zum Scale-Up mikrobieller Produktionsprozesse und deren Entwicklung und Validierung mittels maßgeschneiderter Scale-Down Bioreaktoren. Dabei werden die Mikroorganismen in kompartimentierten Bioreaktoren in regelmäßigen Zyklen wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt, ähnlich den Bedingungen in einem industriellen Produktionsbioreaktor. Mit der Hilfe von Computational Fluid Dynamics (CFD), d.h. der computerbasierten Simulation der Flüssigkeitsdynamik in Bioreaktoren werden die Verhältnisse in einem Produktionsbioreaktor simuliert. Diese Verhältnisse werden dann im Labormaßstab rekonstruiert und die metabolischen, physiologischen und bioprozesstechnischen Effekte detailliert charakterisiert. Das ScaleApp Projekt hat sich zum Ziel gesetzt den Scale-Up Prozess vom Labor in den industriellen Produktionsmaßstab prädiktiver zu gestalten. Dazu werden Technologien aus den Bereichen Sensorik, Scale-Down Bioreaktoren und CFD in einem Workflow angeordnet, der für eine Vielzahl von biotechnologischen Produktionsprozessen anwendbar sein könnte und das Risiko und die Entwicklungszeit neuer Produkte verringert. Der Mehrwert zu den bisherigen Verfahren und Ansätzen wird über Life Cycle Analysis ermittelt.