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BLICKWINKEL

Simon Aufmacher

Ohne die instrumentelle Analytik geht bei der biotechnologischen Forschung und Entwicklung so gut wie nichts. So ist es auch bei der BRAIN, wo Dr. Simon Seibert die Technologieplattform Analytik koordiniert. Neben einem modernen Gerätepark liegen deren besondere Stärken in der engen Verzahnung mit konkreten Forschungsprojekten, der methodischen Flexibilität und der Neugier der Mitarbeiter.

Industrielle Prozesse auf Basis von Naturstoffen, Enzymen und Mikroorganismen rentabler, ressourcenschonender oder überhaupt erst möglich zu machen, um neue Produkte hervorzubringen, ist die Kernaufgabe, der sich BRAIN seit Jahren erfolgreich stellt. Oft werden dabei ganz neue Wege der Biologie und Chemie beschritten und mehrere verschiedene Lösungsansätze parallel ausprobiert. Die Fragestellungen sind denkbar vielfältig: Lassen sich neue, maßgeschneiderte Biokatalysatoren mit verbesserten, genau definierten Eigenschaften für Spezialitätenmärkte entwickeln? Welche noch unbekannten natürlichen Stoffe sind von sich aus süß und können als gesunder Ersatz von Zucker dienen? Können Mikroorganismen zur Gewinnung von Edelmetallen aus Müllverbrennungsaschen eingesetzt werden oder Mikroben so „trainiert“ werden, dass sie bestimmte biochemische Stoffwechselwege verstärkt nutzen, um mit hoher Ausbeute werthaltige Bausteine für Biokunststoffe bereitzustellen?

Zur Lösung solcher Fragen wird bei BRAIN der „Werkzeugkasten der Natur“ in Form des hauseigenen BioArchivs durchmustert und ausgefeilte biologische Suchsysteme eingesetzt. Im Hintergrund spielt bei fast allen Projekten eine übergreifende Disziplin die zentrale Rolle: die instrumentelle Analytik. Anhand der chemischen Analyse wird, kurz gesagt, die Frage beantwortet: Welche Stoffe und wie viel davon enthält eine bestimmte Probe? Ob das neue Enzym ausschließlich das Zielprodukt herstellt oder unerwünschte Nebenprodukte entstehen, ob der potenzielle neue Süßstoff rein genug zur Verkostung ist, ob sich mit einem bestimmten Bakterium tatsächlich Gold aus Elektroschrott gewinnen lässt und wie effizient der neue Produktionsstamm einen chemischen Baustein herstellt: Bei der Beantwortung all dieser Fragen geht nichts ohne die instrumentelle Analytik.

Dr. Simon Seibert koordiniert bei BRAIN die Technologieplattform Analytik und charakterisiert seine Einheit folgendermaßen: „Die beiden wichtigsten Eigenschaften der Analytik bei BRAIN sind ihre enge Verzahnung mit den konkreten F&E-Projekten und ihre methodische Flexibilität. Das spiegelt sich sowohl in unserer Geräteausstattung und den verwendeten Methoden als auch in unserer wertvollsten Ressource wider: den Mitarbeitern. Sie widmen sich bei uns auch nicht analytischen Aufgaben und haben umfassenden Einfluss auf die Genese der Proben und das Erreichen des Forschungsziels. Wir haben dafür ein integriertes System etabliert, das genau zu unserer Unternehmensstruktur passt und über die Jahre kontinuierlich weiterentwickelt wird.“ Laut Seibert handelt es sich um Alleinstellungsmerkmale, mit denen sich BRAIN von den Analytiklabors vieler anderer Unternehmen unterscheidet.

Aufgrund der Themenvielfalt zählt es zum Alltag der Analytik, sich immer wieder in neue Aufgaben einzuarbeiten.

Dr. Simon Seibert

Flexible Projektbegleitung

Um die nötige Flexibilität zur Begleitung von Forschungsprojekten zu gewährleisten, setzt das Analytik-Team bei BRAIN auf möglichst gut etablierte und breit einsetzbare Nachweistechniken als Basis. Zur Auftrennung komplexer Substanzgemische kommen hauptsächlich die Hochdurchsatzflüssigchromatografie (HPLC)1 und die Gaschromatografie (GC)2 zum Einsatz. Beide Verfahren lassen sich optimal an die jeweiligen Projekte anpassen. Die Massenspektrometrie (MS) in verschiedenen Ausführungen ist die wichtigste einer ganzen Reihe von Detektionsmethoden für Moleküle. Sie dient auch zu deren eindeutiger Identifizierung.

Das Team, das mit diesen und anderen Geräten arbeitet, Methoden ausprobiert und Daten auswertet, besteht aus BRAIN-Mitarbeitern, die in der Mehrheit ursprünglich keine Analytiker waren, sondern eine biologische Ausbildung absolviert haben. So haben sie auch alle ein weiteres thematisches Forscherstandbein im Unternehmen und sind Mitglied in wechselnden Projektteams. Diese Organisationsform fördert interdisziplinäres Denken und schnelle, zielorientierte Arbeit an Problemlösungen, ist Simon Seibert überzeugt: „Wir wollen exakt die analytischen Fragen beantworten, die sich den Projektteams zu einem bestimmten Zeitpunkt stellen. Da ist die personelle Überschneidung von großem Nutzen. Schon bei den Versuchen im Projekt selbst können wir so Bedingungen wählen, die sicherstellen, dass sich die Proben später auch optimal analysieren lassen.“ Eine solche Arbeitsweise erfordert einen intensiven Austausch zwischen Projektleitern und unserer Technologieplattform, um beispielsweise auch den Personaleinsatz gemeinsam zu planen.

Wir haben ein integriertes System etabliert, das genau zu unserer Unternehmensstruktur passt und über die Jahre kontinuierlich weiterentwickelt wird.

Neue Analysethemen

Aufgrund der Themenvielfalt zählt es zum Alltag der Analytik, sich immer wieder in neue Aufgaben einzuarbeiten. So fokussierte BRAIN traditionell vor allem auf organische3Moleküle, wie zum Beispiel Proteine und kleine Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen. Parallel zum Aufbau des Entwicklungsprogramms Urban & Green Mining, bei dem auf mikrobieller Basis Wertmetalle aus Abfallströmen und Erzen extrahiert werden, wurden in den letzten Jahren auch fundierte Expertisen für anorganische4Analysentechniken erarbeitet und in State-of-the-Art-Geräte investiert.

Zum hochempfindlichen Nachweis einzelner Elemente wie Gold oder Silber kommt heute die ICP-Massenspektrometrie (ICP-MS)56 zum Einsatz. Bei dieser Technik werden die in einer Probe befindlichen Elemente in einem mehrere Tausend Grad Celsius heißen Plasma7 mit einer elektrischen Ladung versehen, um dann nach ihrer Masse, die für die Elemente spezifisch ist, aufgetrennt und detektiert zu werden. So wird, vereinfacht gesagt, gewogen, ob es sich bei den Teilchen, die am Detektor ankommen, um Gold, Silber oder Palladium handelt und in welcher Menge sie in der Probe vorliegen.

Wird nun beispielsweise eine bakterielle Kultur für das Urban Mining aufgearbeitet und vermessen, kann festgestellt werden, ob und wie erfolgreich das Bakterium in der Lage war, ein Wertelement selektiv aus dem Abfallstrom herauszulösen. Die analytische Untersuchung der Proben liefert zudem Aussagen über die zu erwartende Ausbeute und damit über die Wirtschaftlichkeit der angewandten biologischen Verfahren. Dies ist essenziell dafür, ob der Ansatz in einer Pilot- oder Demonstrationsanlage wie dem BRAIN BioXtractor8 weiterverfolgt wird.

„Die Herausforderungen liegen auch bei der Elementaranalytik im Detail“, sagt Simon Seibert: „Wie sicher lässt sich ein Element nachweisen, beeinflusst die biologische Matrix eventuell die Gehaltsbestimmung, gibt es Interferenzen? Solchen möglichen Unsicherheiten begegnen wir mit der sogenannten Validierung unserer Methoden. Dabei weisen wir nach, dass die Methode unter gleichen Bedingungen immer die gleichen und richtigen Ergebnisse erbringt und wie exakt sich der Gehalt bestimmen lässt. Das ist mitunter harte Arbeit für das Team. Doch die Teammitglieder wissen das Ausprobieren, Entwickeln und Validieren zu schätzen.“ Schließlich sei die Arbeit in einem forschenden Unternehmen genau deshalb so spannend, ergänzt er.

Mit der Einbindung der AnalytiCon Discovery GmbH in die BRAIN- Gruppe wurde wertvolles analytisches Potenzial hinzugewonnen.

Know-how-Erweiterung

Ein umfangreiches Dokumentationssystem, das die Methoden für jeden Fachkollegen nachvollziehbar beschreibt, stellt sicher, dass nach dem erfolgreichen Abschluss eines Projekts das Know-how erhalten bleibt. Wird eine spezielle Analysetechnik benötigt, deren Etablierung im Haus unnötig oder unrentabel ist, greift das Team auch auf externe Dienstleister zurück.

Mit der Einbindung der AnalytiCon Discovery GmbH in die BRAIN-Gruppe wurde zudem wertvolles analytisches Potenzial hinzugewonnen. Seibert hierzu: „Die beiden Unternehmen AnalytiCon Discovery und BRAIN ergänzen sich bezüglich des analytischen Erfahrungsschatzes und des Geräteparks hervorragend. BRAIN ist besonders stark in der Analyse von Primärmetaboliten9, Zuckern, Fettsäuren, Elementen und Proteinen. AnalytiCon kann auf jahrelange Erfahrung mit Sekundärmetaboliten10 zurückgreifen. Besonders die schnelle Identifikation bereits bekannter Naturstoffe und die Aufklärung der Struktur von unbekannten Substanzen stehen im Mittelpunkt. Ich stehe in engem Kontakt mit den Kollegen in Potsdam und es vergeht kaum eine Woche, in der nicht Proben zur Analyse oder auch einfach analytische Erfahrung ausgetauscht werden.“

Und wie sieht die Analytik bei BRAIN in Zukunft aus? Simon Seibert sieht das so: „Wir werden weiterhin flexibel bleiben und so auch alle neuen analytischen Anforderungen der BRAIN-Gruppe begleiten. Momentan werden beispielsweise vermehrt eigene Produktkandidaten aus unseren Entwicklungsprorammen zur Marktreife gebracht. Hierbei und auch später, wenn es um die Produktion unserer Entwicklungen geht, rücken für uns neue Details und Fragestellungen in den Vordergrund. Der Nachweis und die Dokumentation gleichbleibend hoher Produktqualität werden beispielsweise ein wichtiges zusätzliches Einsatzfeld der analytischen Techniken sein.“

Simon Seibert

Dr. Simon Seibert

Dr. Simon F. Seibert studierte Pharmazie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Im Rahmen seiner Dissertation an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn widmete sich der Apotheker der Erforschung komplexer Sekundärmetaboliten aus marinen Pilzen. Die Beschäftigung mit Naturstoffen setzte er zunächst in der pharmazeutischen Industrie fort, um dann 2008 zur BRAIN AG zu stoßen. Als Projektleiter und Platform Coordinator Analytics ist er für verschiedene Forschungsprojekte und die analytischen Aktivitäten des Unternehmens verantwortlich.

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