BEISPIELE

Drei Beispiele für die Präzisionsfermentation

Um die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit der Präzisionsfermentation zu veranschaulichen, haben wir durch Fermentation drei Modellproteine hergestellt, die bei der menschlichen Ernährung eine wichtige Rolle spielen könnten.

Je eines dieser Beispielproteine stammt von einer Pflanze, einem Tier bzw. einem probiotischen Darmbakterium. Da jede Mikroorganismen-Plattform bei der Proteinexpression bestimmte Anforderungen an die Zielproteine stellt, nutzen wir verschiedene Produktionsplattformen, um die am besten geeignete auszuwählen.



Fall 1

Entwicklung eines pflanzlichen Proteins mit hervorragendem Geschmack

  • Ziel: Bereitstellen eines hochwirksamen kalorienarmen, pflanzlichen Süßungsmittels als Zuckerersatzstoff
  • Herkunft: Essbare Pflanze
  • Größe: 6,5 kDa
  • Wirt: Pichia pastoris
  • Projektstatus: Entwicklung
  • Partner: Roquette


Fall 2

Entwicklung eines mikrobiellen Proteins für die Ernährung

  • Ziel: Ein mikrobielles Protein aus fermentierten Lebensmitteln oder aus der gesunden menschlichen Gastrointestinalflora zu einer eigenständigen Nahrungsquelle aufwerten
  • Herkunft: Menschliches Darmbakterium
  • Größe: 70 kDa
  • Wirt:Aspergillus niger
  • Projektstatus: Entwicklung
  • Partner: offen


Fall 3

Entwicklung eines aus einem Mikroorganismus gewonnenen tierischen Proteins

  • Ziel: Ersatz eines tierischen Proteins mit vorteilhafter Funktionalität und/oder Nährwert durch ein sequenzidentisches Protein aus mikrobieller Fermentation
  • Herkunft: Nutztier
  • Größe: 15 kDa
  • Wirt:Yarrowia lipolytica
  • Projektstatus: Kommerziell
  • Partner: Portfolio Biocatalysts

Unser Ansatz:

Für ein ausgewähltes Zielprotein, welches nach Kriterien wie Funktionalität, Sicherheit und Nährwert priorisiert wurde, wählen wir im nächsten entscheidenden Schritt einen passenden mikrobiellen Produktionswirt aus unserem Plattformangebot aus.

Unsere Produktionswirte sind das Ergebnis kontinuierlicher Entwicklungsprogramme unter Nutzung effizienter genetischer Werkzeuge und eigener Genom-Editing-Systeme.

Vielversprechende anfängliche Produktivitäten für ein Zielprotein werden durch die Entwicklung geeigneter Fermentations- und Downstream-Prozesse weiter verbessert. Diese Prozesse müssen, wenn sie in unserer ISO-zertifizierten Produktionsanlage oder bei einem ausgewählten Lohnhersteller in den kommerziellen Maßstab überführt werden sollen, die Anforderungen an eine kosteneffiziente Produktion erfüllen.

Auswahl der Stämme

Auswahl der Stämme

Jede mikrobielle Expressionsplattform hat ihre Leistungsmerkmale, Stärken und Schwächen. Es ist daher entscheidend, dass eine passende Plattform ausgewählt wird, die den spezifischen Anforderungen für ein bestimmtes Zielprotein entspricht.

Die Produktionsstämme werden aus Bakterien (E. coli, Bacillus), Hefen (Pichia, Yarrowia) und Pilzen (Aspergillus) ausgewählt. Je nach Herkunft und Art des betreffenden Zielproteins wird ein erstes Wirtsscreening durchgeführt, um bei der finalen Auswahl aus der Plattform-Palette die beste Entscheidung zu treffen.

Entwicklung der Stämme

Entwicklung der Stämme

Die Entwicklung eines mikrobiellen Produktionswirts zielt auf seine Biosynthese-Maschinerie ab, die für seine Leistung als effizienter Proteinproduzent entscheidend ist. Komplexe zelluläre Prozesse, die die Genexpression, die Proteinfaltung, die Sekretion und die Stabilität beeinflussen, beinhalten eine Reihe von Faktoren, die möglicherweise eingeführt oder verbessert werden müssen. Unsere Erfahrung bei der Einrichtung von Expressionssystemen, eine umfassende Genetik-Toolbox und unser proprietäres Genome-Editing-System sind der Schlüssel, um diese Ziele zu erreichen.

Prozess- entwicklung

Prozessentwicklung

Genexpression und Proteinsekretion sind natürliche Prozesse der mikrobiellen Physiologie, die durch die genetische Ausstattung der Zelle, verfügbare Nährstoffe und Umweltreize bestimmt werden. Folglich gehören bei einem fermentativen Produktionsprozess die Zusammensetzung des Wachstumsmediums, die Fütterungsraten, die Rührgeschwindigkeit und die Belüftung zu den kritischen Parametern, die sorgfältig überwacht und angepasst werden müssen, um die Produktivität des Prozesses sicherzustellen.

Produktion

Produktion

Das Hochskalieren eines mikrobiellen Fermentationsprozesses für die Proteinproduktion vom Labormaßstab hin zur kommerziellen Produktion bedeutet, Medienvolumina von der Dimension eines Tropfens bis hin zur Dimensionen eines Swimmingpools mit lebenden Zellen zu bearbeiten. Diese Zellen müssen durch gezielte Prozessführung physiologisch gesteuert werden, um ihre Produktivität zu maximieren.

Innerhalb der BRAIN-Gruppe sind wir auf die Submersfermentation bis zum 10m3-Maßstab mit ISO-zertifizierten Anlagen und Prozessen eingestellt. Für größere Anlagen haben wir Partnerschaften aufgebaut.

Die Ergebnisse



Ein hervorragend schmeckendes Protein

Brazzein ist ein süß schmeckendes kleines Pflanzenprotein, 1000-mal süßer als Saccharose. Der hochwirksame Süßstoff veranschaulicht das Potenzial alternativer, durch Präzisionsfermentation hergestellter Proteine, die als wertvolle Lebensmittelinhaltsstoffe zur Geschmacksverbesserung eingesetzt werden können. Dies ist bedeutsam, da das klassische Süßungsmittel Saccharose aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr bei übermäßigem Verzehr bekanntermaßen negative Auswirkungen auf die Gesundheit hat.



Ein Protein für eine gezielte Ernährung

Ein Beispiel dafür, wie ein mikrobielles Protein in eine Nahrungsquelle umgewandelt werden kann, ist das Protein A1. A1 wird von einem gesundheitsfördernden (probiotischen) Mikroorganismus des menschlichen Verdauungssystems produziert und ist ein Kandidat, der gegenwärtig als Lebensmittelzutat evaluiert wird.



Ein Protein zur Verbesserung der Funktionalität von Lebensmitteln

Ursprünglich von Tieren gewonnen, wurde dieses funktionelle Protein durch mikrobielle Fermentation zielgerichtet in Hefen hergestellt. Es wird zur Verbesserung der Funktionalität von Lebensmitteln verwendet, wo es Fette in Eigelb verändert. Die Verwendung dieses besonderen, enzymatisch aktiven Proteins, beschränkt sich auf den Prozess der Lebensmittelzubereitung (Prozesshilfsmittel). Es wird vor dem Verzehr des Lebensmittels inaktiviert.

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