biotronix auf der Biotechnica 2005

(PresseBox) (Hennigsdorf, ) Bei bakteriellen Kulturen ist die einfache Erfassung der Biomasse nicht mehr zeitgemäß. Sie verbirgt dynamische Entwicklungskaskaden, die in der Natur bakterieller Fermentationsprozesse liegen.

Die biotronix GmbH stellt auf der Biotechnica 2005 als Weltneuheit die automatische Meßeinheit EloTrace 2.0 zur Optimierung von Fermentationen vor. In Echtzeit erlaubt EloTrace 2.0 speziell in Bakterien erstmalig die Erkennung komplexer Parameter, die wichtige Informationen über den Aktivitäts- und Vitalitätszustand der Zellen in vivo liefern.
Gleichzeitig wird sehr genau die laufende Änderung von Zellgröße und Zellzahl erfaßt. Das Meßprinzip basiert auf patentierten elektrooptischen Meßverfahren (s.u.), die von biotronix auf hohe Präzision und einfache Anwendung bei Bakterien optimiert wurden. Ab sofort steht EloTrace 2.0 als serienreifes Gerät potentiellen Anwendern zur Verfügung.

Der Vorteil und die Aktualität von EloTrace gilt bei Fachleuten aus Industrie und Forschung als unumstritten. In verschiedenen Expertengesprächen hat sich gezeigt, dass unser Meßsystem hilfreiche und in der Komplexität einmalige Parameter bestimmt. Durch EloTrace können sehr sensibel u.a. • das dynamisch sich ändernde Zellaktivitätsprofil in vivo (biochemische Aktivität, Zellteilungsaktivität, Anpassungsreaktionen etc.)
• die Entwicklung der Zellkonzentration (Zellen/ml)
• Tendenzen der aktuellen, oft schnell wechselnden, Überlebensraten
• die Veränderung der durchschnittlichen Zellgröße (µm)
• Informationen zu Membranschädigungen, Veränderungen an Zellwänden (z.B. für Wirkstoffanalysen)

an einer hohen Zahl von Zellen (Zellsuspensionen) abgeleitet werden. Die Stärke der aktuellen Zellaktivtät kann nicht nur den gesamten weiteren Verlauf einer Fermentation bzw. Produktion bestimmen, sondern kontinuierliche elektrooptische Messungen von Kulturparametern bieten auch ein Kriterium für laufende Prozesskontrollen. Somit kann durch Überwachung entscheidender Veränderungen während der Kulturentwicklung und Definition neuartiger pass/fail-Kriterien die Effizienz von Fermentationen und industriellen Produktionen weiter erhöht werden.

Eine Dimensionserweiterung durch die zusätzlich zur Verfügung stehenden Meßwerte konnte in mehrjähriger Forschungsarbeit unter Beweis gestellt werden. Die Konsequenzen für Verständnis und Optimierung von Abläufen während bakterieller Fermentationen sind vielschichtig und weitreichend. Nach unseren Erkenntnissen
weisen einzellige Bakterien in Suspension meist regelmäßige, synchrone Veränderungen innerer und äußerer Eigenschaften auf. Bakterien in Kulturgefäßen ähneln damit weniger einem Gemisch individueller Einheiten als vielmehr koordinierten Vielzellern. In Bakterienkulturen ist zudem immer wieder ein mehr oder weniger ubiquitäres Auftreten deutlich vermehrter Zellteilungen zu regelmäßigen Zeitpunkten zu erkennen. Durch gängige Methoden wie z.B. der mikroskopischen Zellzahlbestimmung blieb diese leicht unscharfe Synchronität zwischen den Zellen bisher verborgen. Über die mit EloTrace erkennbaren Schwankungen der Zellaktivität und - morphologie kann das synchrone Wachstum nun bequem und kontinuierlich verfolgt werden.

Ein neues Verständnis des unausgeglichenen, zyklischen Verhaltens bakterieller Zellsupensionen und die mit EloTrace in Echtzeit erkennbaren Einsichten zur Variabilität von Fermentationsprozessen können z.B. weit bekannte, aber in der Regel nicht verstandene Schwankungen in der Ausbeute einer Vielzahl biotechnologischer
Prozesse erklären und ideal ausnutzen. Unterschiedliche Zelleigenschaften, wie z.B. maximale Überlebensraten zu bestimmten Zeitpunkten des Zellzyklus können sich gut oder schlecht auf die Produktion auswirken. Eine Messung elektrooptischer Parameter ermöglicht ein frühzeitiges Erkennen derartig kritischer Punkte
zur Festlegung der jeweils besten Zeitpunkte des Animpfens, der Induktion oder Ernte von Zellen.

Unsere elektrooptischen Untersuchungen zeigen nicht zuletzt sehr deutlich Biosyntheseaktivitäten oder Erschöpfungsreaktionen der Zellen sowie stressbedingte strukturelle Änderungen von Zellbestandteilen (z.B. Zellmembranen, Cytoplasma). Der entscheidende Vorteil unserer Methode besteht darin, dass diese Informationen
primär aus inneren Eigenschaften der lebenden Zellen abgeleitet werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel von EloTrace ist daher die Unterstützung während der Produktion rekombinanter Proteine oder anderer biologischer Substanzen wie z.B. die Herstellung von Impfstoffen, Starterkulturen, probiotischen Zellen oder kompetenten Zellen.

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