Mikrobielle Wirkstoffe

Die meisten medizinisch relevanten Antibiotika oder ihre Produktionsvorstufen werden von Mikroorganismen wie Bakterien und filamentösen Pilzen gebildet. Trotz intensiver weltweiter Suche nach alternativen Quellen für Antiinfektiva konnte kein anderes Konzept die erfolgreiche Strategie übertreffen, mikrobielle Wirkstoff-Prinzipien gegen Infektionskrankheiten einzusetzen. Die bedrohlich zunehmende Resistenzbildung der Krankheitserreger gegen bewährte Antibiotika und immer neue Infektionserkrankungen erfordern, wieder stärker nach besseren Wirkstoffen aus Mikroorganismen und Pilzen zu suchen.

Leitung

Fermentation

Aufgabe der Fermentationsplattform der Abteilung MWIS ist die Kultivierung von Mikroorganismen (hauptsächlich Bodenbakterien und filamentösen Pilzen siehe Mikrobiologie und Mykologe) zur Produktion von Sekundärmetaboliten (siehe Prozessfließbilder). Weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung neuer Prozesse bzw. Optimierung bereits bestehender Verfahren von der Vorkulturführung im Schüttelkolben bis hin zum Pilotmaßstab mit 2000 L Arbeitsvolumen. Dabei ist die Prozessführung auf folgende Zielsetzungen ausgerichtet:

  • Produktion neuer Sekundärmetabolite, welche in einem Screeningverfahren eine interessante biologische Aktivität aufwiesen, für die Aufklärung der chemischen Struktur sowie dem biologischen Wirkungsmechanismus.
  • Produktion von bereits bekannten Sekundärmetaboliten, welche durch weitergehende Screnningverfahren neue, interessante Eigenschaften aufwiesen.
  • Produktion von Sekundärmetaboliten für Kooperationspartner in Forschung und Industrie.
  • Entwicklung und Optimierung von Produktionsprozessen und des Downstream Processing zur Ausbeutesteigerung.
  • Scale-Up von Produktionsprozessen.
150L Reakor im Labor

Da eine Vielzahl unterschiedlicher, bekannter und neu isolierter Mikroorganismen kultiviert werden, ist ein hohes Maß an Flexibilität der eingesetzten Geräte sowie des Personals der Fermentationsplattforn gegeben. Kultivierungen im Bioreaktor mit in einem Abrbeitsvolumenmaßstab von 0,8 bis 2000 L sind möglich. Die Kultivierung kann je nach Aufgabenstellung als Batch, Feed-Batch oder kontinuierlicher Prozess ausgeführt werden. Bei allen Bioreaktoren besteht die Möglichkeit eines Umbaus vom Rührkessel- zum Umwurf- oder Airliftbetrieb. Ein steriler Transfer von einem zum nächsten Kulturgefäß ist bei allen Arbeitsvolumen gewährleistet.   

Parameter zur Bilanzierungen der Prozesse (z.B. Gasanalyse, pH, Temperatur, Gelöstsauerstoff) werden kontinuierlich (online) gemessen. Substratverbrauch und Bildung von Produkten werden durch nasschemische, enzymatische  und HPLC-Methoden analysiert.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit der kontinuierlichen Aufnahme von Prozessparametern (O2-, CO2-Abgas, pO2, pH) in instrumentierten 1 L Schüttelkolben. Dadurch besteht die Möglichkeit den Übertrag vom Schüttelkolben in eine geregelte Prozessführung im Bioreaktor besser planen und auslegen zu können.

Das Downstream-Processing der Kulturbrühen erfolgt durch verschiedene Prozessfilter und Zentrifugen, welche auch in Kombination betrieben werden können. In einem vorhandenen Ex-Schutzbereich können Feststoff- sowie Solventextraktionen mit einem Arbeitsvolumen bis zu 100 L durchgeführt werden. Anfallende organische Lösemittelphasen werden mittels eines großtechnischen Rotationsverdampfers eingeengt.

Thema: Neue Wirkstoffe aus Pilzen

Ausflug zum ECOPARK in der Nähe von Yaoundé

Forschende des HZI reisten für einen Workshop zur Sammlung, Kultur und Identifizierung von Pilzstämmen nach Yaoundé, Kamerun. Ein neuer Forschungshub soll dort die Naturstoffforschung in Pilzen ausbauen. [weiterlesen]

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    Wirksame Antibiotika sind Voraussetzung für viele moderne medizinische Behandlungen. Um dem Aufkommen von antimikrobiellen Resistenzen entgegen zu wirken, suchen Wissenschaftler:innen nach Angriffspunkten bei Bakterien, Pilzen und Viren, an denen neue Wirkstoffe ansetzen können, um die Vermehrung der Erreger zu verhindern, sie zu zerstören oder unschädlich zu machen. Chlorotonile sind natürliche Wirkstoffe aus Bodenbakterien, die sowohl gegen Malaria als auch gegen resistente Erreger wirksam sind. Die Optimierung des Wirkstoffs wird fortgesetzt, bis er in präklinischen und klinischen Studien eingesetzt werden kann, bevor er schließlich auf den Markt kommt. Die wichtigsten Entwicklungs- und Produktionsschritte erklären Wissenschaftler.innen des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung (HIPS), einem Standort des HZI in Kooperation mit der Universität des Saarlandes, in diesem Video.

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