Kontinuierliche Protein Kristallisation

CONCRYS ist ein internationales Kooperationsprojekt, das Expertise in Chemietechnik (Technische Universität Rzeszw), Biotechnologie (Universität für Bodenkultur Wien) und mathematischer Modellierung (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg) vereint. Gemeinsames Ziel ist es, die Produktion und Reinigung hochwertiger bioaktiver Proteine zu revolutionieren. Proteine sind für Anwendungen wie die biomedizinische Diagnostik oder die Behandlung von Krankheiten unverzichtbar. Sie können aber auch als Nahrungsergänzungsmittel oder als Ersatz für tierische Lebensmittel eingesetzt werden. Die Proteinkristallisation ist ein komplizierter Prozess und chargenweise Produktionsverfahren werden für diese Aufgabe eingesetzt, auch wenn sie aufgrund ihrer eingeschränkten Effizienz hohe Kosten verursachen. Wir werden eine kontinuierliche Kristallisationsmethode entwickeln und implementieren. Bei diesem Verfahren wird das Wasser aus der Proteinlösung mit Hilfe eines warmen Luftstroms verdampft, wodurch die für die Kristallisation notwendigen Bedingungen kontinuierlich aufrechterhalten werden. Ein kontinuierliches Verfahren bietet gegenüber der chargenweisen Produktion Vorteile wie geringere Anforderungen an die Proteinstabilität, höhere Ausbeuten und einen deutlich höheren Produktionsdurchsatz. Ein weiteres Ziel ist es, ein mathematisches Modell der kontinuierlichen Kristallisation zu entwickeln, um die verschiedenen Faktoren, die die Proteinkristallisation beeinflussen, zu verstehen und zu kontrollieren. Kontinuierliche Proteinkristallisation erfordert auch eine kontinuierliche Synthese des gewünschten Proteins. Eine der größten Herausforderungen hier ist die genetische Instabilität der für die Proteinsynthese verwendeten Zellsysteme. Durch ein kontinuierliches zweistufiges Verfahren soll eine räumliche Trennung von E. coli Zellwachstum und Proteinproduktion erreicht werden. Wichtig ist, dass diese Produktionszelllinie auch die Sekretion des Proteins in den Zellüberstand erlaubt und damit nach Zellabtrennung Kultivierung und Kristallisation direkt gekoppelt werden können. Ein weiteres Ziel ist es, mit Hilfe von Mischkulturen mehrere Proteine gleichzeitig in einem Prozess herzustellen. Hier können Proteine mit Helferfunktion direkt im Prozess bereitgestellt werden und beispielsweise die Prozessierbarkeit der Zellbrühe verbessert werden oder mehrere unterschiedliche Proteine in gewünschten Mengenverhältnissen hergestellt werden. Der Fokus hier liegt im Bereich Populationsdynamik, der Untersuchung wie sich die unterschiedlichen Zellpopulationen langfristig entwickeln und wie man dieses Verhalten gezielt beeinflussen kann. Wir werden mit dem Projekt CONCRYS die Wissensbasis etablieren die es uns ermöglichen wird die Herstellung hochwertiger Proteine effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Dies wird den Zugang zu essentiellen Proteinen weltweit erleichtern, sie preiswerter machen und tiefgreifende Auswirkungen auf verschiedene Industrien haben.