Technologie-Expertise

Mikrobielle Stammentwicklung

Produktionsstämme entdecken, optimieren und bereitstellen

Seit vielen Jahren werden im BRAIN Bioarchiv Proben aus einer Vielzahl von natürlichen Lebensräumen und Ressourcen – von Lebensmitteln bis hin zu industriellen Nebenströmen – gesammelt und gelagert. Sie dienen der Durchführung von Isolierungskampagnen mit dem Ziel, unsere Sammlung mikrobieller Stämme zu erweitern oder genomische DNA für Bioaktivitäts-Screening, Sequenzierung oder Metagenomik zu isolieren, und so neue Stoffwechselmerkmale zu identifizieren.

Auf der Grundlage dieser branchenweit führenden Sammlung natürlicher Ressourcen und Daten identifizieren, entwickeln und optimieren wir mikrobielle Produktionsstämme, die die Anforderungen unserer Kunden erfüllen.

Das BRAIN Bioarchiv bietet Zugang zu einer Fülle von neuen biologischen Lösungen für industrielle Prozesse und Anwendungen. Ob es um die Nutzung verschiedener Substrate (einschließlich CO2), neuartige oder alternative Biosyntheseprodukte, stabilere Produktionsstämme, die Identifizierung sicherer Stämme und mikrobieller Konsortien für Lebensmittelfermentationen oder den Einsatz techno-funktionaler Mikroorganismen geht: Die immense Vielfalt des BRAIN BioArchivs hält für (fast) jede Anwendung Lösungen bereit.


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Dr. Guido Meurer

ist unser Experte im Bereich der Entwicklung von Mikroorganismen-Stämmen

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... einen Prozess für eine mikrobielle Produktion etablieren?
... geeignete Mikroorganismenstämme, Probiotika oder Starterkulturen für eine bestimmte Anwendung finden?
... Ihren bereits existierenden mikrobiellen Produktionsorganismus optimieren?
... den Wert Ihrer Food-Applikation bzw. Ihres Food-Produkts steigern?
... Ihre industriellen Nebenströme recyceln oder aufwerten?

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Aufspüren – vom Screening bis zur Kultivierung

Unsere Reise beginnt damit, dass wir geeignete Mikroorganismenstämme als Grundlage für zukünftige Produktionsbioprozesse identifizieren. Zu diesem Zweck durchsuchen wir das BRAIN Bioarchiv mit seinen Tausenden von kultivierbaren Mikroorganismen. Diese teilen wir in anwendungsspezifische Sets („mikrobielle Toolboxen”) von wertschöpfenden Stämmen mit definierten Eigenschaften ein (z.B. lebensmitteltaugliche, GRAS-, IDF- oder China-gelistete Mikroorganismen, einschließlich Hefen, Pilze, LAB usw.). Es folgt die (weitere) Charakterisierung durch mikrobiologische Techniken sowie Genomanalyse und Wachstums- und Leistungstests unter anwendungsspezifischen Bedingungen.

Neben den Stämmen bietet das firmeneigene Bioarchiv der BRAIN-Gruppe Zugang zu einer immensen Vielfalt an Naturstoffen, Fraktionen aus essbarem Pflanzenmaterial, Enzymbibliotheken und Metagenomen, die vollständige Stoffwechselwege auch von nicht kultivierbaren Organismen enthalten. Wir bauen diesen „Werkzeugkasten der Natur” kontinuierlich aus.

Optimieren – Stammentwicklung nach Kundenanforderung

Schritt zwei auf unserer Reise ist die Stamm-Optimierung. Die individuellen Anforderungen an Produktionsstämme oder funktionelle Biomasse sind uns dabei eine willkommene Herausforderung. Kunden profitieren von unserer langjährigen Erfahrung in der erfolgreichen Umsetzung unterschiedlichster Konzepte zur Stammentwicklung.

Ob gentechnische oder evolutionäre Optimierungsmethoden (klassische Züchtung): Unsere Kunden entscheiden, welchen Weg wir gehen, um die angestrebte Stammproduktivität unter Berücksichtigung ihres speziellen Marktumfeldes bestmöglich zu erreichen. Dazu tragen u.a. unsere langjährigen Erfahrungen in der Etablierung sogenannter Selbstkloninerungsverfahren zur Stammoptimierung bei.

Zu den Technologien, die bei BRAIN Biotech zur Unterstützung der mikrobiellen Stammentwicklung eingesetzt werden, gehören einerseits verschiedene Genom-Editing-Methoden (z.B. proprietäre CRISPR-Cas), andererseits Techniken der adaptiven Labor-Evolution (ALE), z.B. unter Verwendung von Chemostaten.

Weitere eingesetzte Technologien sind mikrobielle Gentransfer- und Expressions-Toolboxen, eine eigene BioBricks-Sammlung, NGS, angewandte Bioinformatik, die Identifizierung neuartiger Enzym-Gene oder Gencluster, die interessante Stoffwechselwege beherbergen, gefolgt von Stoffwechselweg- und Enzym-Engineering. Alle diese Technologien finden in Kombination mit Analytik und Bioprozessentwicklung statt, um eine kohärente Entwicklung von Stamm und Prozess sicherzustellen.

Think big – den Bioproduktionsprozess skalieren

Schritt drei auf unserer Reise: Der Produktionsstamm tut, was er tun soll – jedoch erst einmal nur im Labormaßstab. Jetzt ist es an der Zeit, in großen Dimensionen zu denken und den mikrobiellen Produktionsprozess in den Pilot- und Industriemaßstab zu übertragen. Je nach Anwendung kann dies bedeuten, den Stamm als Starterkultur oder Probiotikum für verschiedene Anwendungszwecke zu produzieren, z.B. in Lebens- oder Futtermitteln oder als funktionelle Biomasse für technische Prozesse (s. unsere Metallabbau-/Recyclingtechnologien) und/oder einen Produktionsprozess für Zielmoleküle, für die der optimierte Stamm entwickelt wurde, hochzuskalieren.

Unsere Expertinnen und -Experten mit ihren biologischen und ingenieurwissenschaftlichen Kenntnissen und ihren Erfahrungen in der Prozessentwicklung richten vor- und nachgelagerte Prozesse in enger Zusammenarbeit mit den Kunden ein.

Für einen Prozesstransfer können Prozesse bis zu einem Maßstab von 200 Litern bei BRAIN skaliert und optimiert werden, größere Kapazitäten decken wir innerhalb der BRAIN-Gruppe ab oder wir ziehen einen Lohnhersteller aus unserem Netzwerk hinzu.

Unsere Alleinstellungsmerkmale bei der Stammentwicklung:

  • Eigenes Bioarchiv mit Tausenden von Mikroorganismen
  • Anwendungsspezifische mikrobielle Toolboxen mit wertschöpfenden Stämmen samt definierter Eigenschaften
  • Langjährige Erfahrung in der Stammentwicklung mit vielen Arten von Produzentenstämmen
  • Breites Anwendungswissen in verschiedenen Branchen
  • Vertiefte Kenntnisse in der Entwicklung von Starterkulturen, Probiotika und funktioneller Biomasse
  • Umfassendes Technologiepaket aus Mikrobiologie, Molekularbiologie, Bioinformatik, Assay-Entwicklung, Analytik, Protein-Engineering und Bioprozessentwicklung

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... einen Prozess für eine mikrobielle Produktion etablieren?
... geeignete Mikroorganismenstämme, Probiotika oder Starterkulturen für eine bestimmte Anwendung finden?
... Ihren bereits existierenden mikrobiellen Produktionsorganismus optimieren?
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