Das Verbundprojekt AutoBio mit dem F\u00f6rderkennzeichen (FKZ 02PJ1150) wird vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) \u00fcber die n\u00e4chsten drei Jahre gef\u00f6rdert. Das vom Projekttr\u00e4ger Karlsruhe (PTKA) betreute Programm hat ein Gesamtvolumen von 3.7 Millionen Euro und ist Teil des Rahmenprogramms “Forschung an der Produktion von morgen\u201d. Von den in dem Programm insgesamt eingereichten 114 Skizzen wurden 13 nach Begutachtung zur F\u00f6rderung empfohlen.<\/b><\/p>\n
Im Rahmen des AutoBio-Verbundprojekts ist es das gemeinsame Ziel der Partner, durch interdisziplin\u00e4re Ans\u00e4tze zwischen der Biotechnologie, der Verfahrens- und Elektrotechnik sowie der Informatik, Entwicklungszeiten durch partielle Automatisierung signifikant zu verk\u00fcrzen. Weiterhin steht eine entscheidende Verringerung der Entwicklungskosten verbunden mit einer Effizienzsteigerung der Prozessentwicklung biotechnologischer Verfahren im Fokus des Konsortiums. In dem AutoBio-Verbund sind neben zwei akademischen Partnern der Technischen Universit\u00e4t Berlin insgesamt f\u00fcnf mittelst\u00e4ndische Unternehmen beteiligt. Die TU Berlin hat die Koordination des Vorhabens \u00fcbernommen.<\/p>\n
Die Biotechnologie ist eine Schl\u00fcsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, welche die Basis f\u00fcr die Herstellung vieler Pharmazeutika, industrieller Biokatalysatoren, aber zunehmend auch von Grund- und Fein- und Spezialchemikalien ist. Experten aus Industrie und Wissenschaft sch\u00e4tzen, dass bereits 2030 ein Drittel der weltweiten industriellen Produktion aus biotechnologischen Prozessen stammen wird. Bioprozesse sind nachhaltig und ressourcenschonend. Die entsprechenden Katalysatoren werden kosteng\u00fcnstig auf der Grundlage nachwachsender Rohstoffe generiert und arbeiten unter milden Reaktionsbedingungen.<\/p>\n
Eine gro\u00dfe Herausforderung f\u00fcr das Erreichen der anspruchsvollen Ziele des AutoBio-Verbunds ist die Verk\u00fcrzung der Entwicklungszeiten f\u00fcr Bioprozesse, die mit derzeit 5-8 Jahren, im Vergleich zu anderen industriellen Prozessen, sehr lang ist. Mit der Verk\u00fcrzung der Entwicklungszeiten durch eine strategische Herangehensweise sollen auch die vergleichsweise hohen Investitionsrisiken und -kosten drastisch reduziert werden.<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens erarbeiten die Fachgebiete Bioverfahrenstechnik und Mess- und Regelungstechnik aus der Fakult\u00e4t III Prozesswissenschaften der TU Berlin in enger Abstimmung mit den f\u00fcnf am Projekt beteiligten mittelst\u00e4ndischen Unternehmen (BioSilta Europe GmbH, BRAIN AG, infoteam Software AG, Organobalance GmbH, PreSens Precision Sensing GmbH) Strategien und Methoden, wie u.a. die Industriestandards “Quality by Design” (QbD), um bioprozessbasierte Produkte effizient zu entwickeln und das Potential der Methodik an ersten, aus den Unternehmen stammenden Produktbeispielen zu demonstrieren.<\/p>\n
Im Verbundprojekt werden manuelle Strategien der experimentellen Entwicklung weitgehend automatisiert, d.h. auf Roboterplattformen \u00fcbertragen und die zu untersuchenden Prozesse mittels der modell- basierten Versuchsplanung optimiert.
\nF\u00fcr eine konsistente Bioprozessentwicklung auf automatisierten Plattformen ist die \u00dcbertragung des oftmals in industriellen Prozessen angewandten Zulaufverfahrens (Fed-batch) bis in den mL Ma\u00dfstab essentiell. Dadurch wird erm\u00f6glicht, bereits in einer fr\u00fchen Entwicklungsphase neben naturwissenschaftlichen erstmals auch ingenieurtechnische Fragestellungen der Prozesskontrolle und des Scale-up zu ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n
Diese systematische Herangehensweise soll es im Projektverlauf erm\u00f6glichen, schon w\u00e4hrend der Phase der Produktentwicklung die Datenbasis f\u00fcr eine effiziente Prozesskontrolle und -regelung zu erreichen. Die abgeleiteten Modelle sollen im Verlauf des Forschungsprogramms parallel im kleinen Ma\u00dfstab im Hochdurchsatz in industriellen Prozess-Simulatoren getestet werden. Das Projekt wird von einem Gremium assoziierter Industriepartner begleitet, zu denen auch international agierende Konzerne geh\u00f6ren.<\/p>\n
Interessierte industrielle Partner, die sich entweder als Technologieanbieter oder als zuk\u00fcnftige Anwender der automatisierten Prozesse in das AutoBio-Programm einbringen wollen, sind eingeladen dem Industriekonsortium beizutreten.<\/p>\n
Projektbeitrag der BRAIN AG im Detail:<\/b>
\nDie BRAIN AG wird Technologieentwicklungen aus dem AutoBio-Verbundprojekt f\u00fcr die Auto- matisierung von Screening-Programmen im Hochdurchsatz-Format auf einem vorhandenen Robotersystem implementieren und anhand der Identifizierung und Optimierung von Expressionsst\u00e4mmen, “artificial pathway assemblies” und Enzym-Screenings (Metagenome) eine Effizienzsteigerung der Entwicklung neuer biotechnologischer Verfahren demonstrieren. Die BRAIN AG geh\u00f6rt in Europa zu den technologisch f\u00fchrenden Unternehmen auf dem Gebiet der industriellen “wei\u00dfen” Biotechnologie. Im Rahmen von strategischen Kooperationen identifiziert und entwickelt die BRAIN AG f\u00fcr Industrieunternehmen in der Chemie-, Pharma-, Kosmetik- und Nahrungsmittelbranche innovative Produkte und L\u00f6sungen auf Basis der in der Natur vorhandenen aber bislang unerschlossenen biologischen L\u00f6sungen. Das Unternehmen besch\u00e4ftigt zurzeit 102 hoch qualifizierte Mitarbeiter.<\/p>\n
Projektbeitrag der infoteam Software AG im Detail:<\/b>
\ninfoteam verf\u00fcgt als Softwarehaus \u00fcber langj\u00e4hriges Know-how in der Laborautomatisierung und in der Entwicklung von Software im regulierten Bereich (Medizinger\u00e4te). infoteam \u00fcbernimmt im Projekt AutoBio die Entwicklung einer Software, mit der Daten aus den Experimenten zur Bioprozessentwicklung ausgewertet, visualisiert, mit anderen Daten verglichen und ger\u00e4teunabh\u00e4ngig archiviert werden k\u00f6nnen. Kernst\u00fcck der Softwareumgebung ist eine Datenbank mit Schnittstellen zum einen zu den Automatisierungsplattformen auf denen die Experimente laufen und von denen die Daten stammen und zum andern zu Softwarepaketen wie beispielsweise MS Excel, Labview, Matlab oder Umetrics Modde. Diese Anbindung erm\u00f6glicht die oben genannten Anwendungen (Auswertung, Vergleich, Archivierung).<\/p>\n
Die spannendste Aufgabe f\u00fcr infoteam im Projekt wird aber die Implementierung einer online-Prozesssteuerung: die M\u00f6glichkeit, durch die Anbindung an mathematische Modelle (die vom Projektpartner TU Berlin\/MRT entwickelt werden) aus diesen Modellen Daten und Parameter zu erhalten und online in den Prozess zur\u00fcckzuf\u00fchren um damit den Verlauf der Kultivierung zu optimieren. Das Ziel ist neben der Zeit- und Kostenersparnis f\u00fcr den Gesamtprozess, die Transparenz und Nachvollziehbarkeit der durchgef\u00fchrten Experimente.<\/p>\n
Projektbeitrag der ORGANOBALANCE GmbH im Detail:<\/b>
\nDie ORGANOBALANCE GmbH entwickelt neue und innovative Produkte, basierend auf der nat\u00fcrlichen Diversit\u00e4t von Mikroorganismen aus Naturisolaten von Milchs\u00e4urebakterien und Hefen und deren Aktivit\u00e4ten. Zur Identifizierung dieser bioaktiven Kulturen greift ORGANOBALANCE auf eine einzigartige propriet\u00e4re Sammlung von Mikroorganismen zur\u00fcck. Um Kulturen mit spezifischen Aktivit\u00e4ten und Stoffwechselprodukten zu finden, hat ORGANOBALANCE die OASSYS\u00ae Screening-Technologie entwickelt und etabliert.<\/p>\n
Die ORGANOBALANCE wird im Rahmen des AutoBio-Verbundprojekts Methodenentwicklung durchf\u00fchren und die \u00dcbertragbarkeit von Screening-Assays vom Einzelnachweis in den Hochdurchsatz-Nachweis sowie Hochdurchsatz Screening-Assays f\u00fcr ausgew\u00e4hlte Enzyme \/ Verbindungen etablieren. Des Weiteren sollen Protokolle f\u00fcr die Prozessentwicklung im
\nAutoBio-Verbund: Technologien f\u00fcr automatisierte Bioprozesse 4 \/ 5 Miniatur-Ma\u00dfstab entwickelt werden, die die Prozessentwicklung bzw. Optimierung einer Vielzahl von Screening-Kandidaten erm\u00f6glichen. ORGANOBALANCE GmbH: www.organobalance.com<\/p>\n
Projektbeitrag der PreSens Precision Sensing GmbH im Detail:<\/b> Projektbeitrag des Fachgebiets Bioverfahrenstechnik der TU Berlin im Detail:<\/b> Im Autobio-Projekt \u00fcbernimmt das Fachgebiet neben der Projektkoordination u.a. die Programmierung der Module f\u00fcr die automatisierte Bioprozessentwicklung auf Hochdurchsatzrobotern unter Integration der enzymbasierten Fed-batch Technologie von BioSilta. Zus\u00e4tzlich unterst\u00fctzt das Fachgebiet den Projektpartner infoteam bei der Integration der Kommunikation eines Datenbanksystems mit Hardware- und Softwaremodulen der Hochdurchsatzplattform und kooperiert mit dem Projektpartner Organobalance bei der Methodenetablierung auf der Hochdurchsatzplattform des Fachgebiets. Als Partner im Autobio- Projekt entwickelt das Fachgebiet Bioverfahrenstechnik sein Hochdurchsatzlabor weiter, das f\u00fcr Kooperationen mit Forschungspartnern und insbesondere f\u00fcr Kooperationen mit kleineren Firmen zur Verf\u00fcgung steht. Das Hochdurchsatzlabor kann somit komplexere Entwicklungsaufgaben f\u00fcr die Industrie \u00fcbernehmen. Eigene Projekte k\u00f6nnen aus der Forschung bis in die Pilotphase kompetent und effizient \u00fcberf\u00fchrt werden. Ein weiteres Ziel ist, die im AutoBio Projekt erzielten Kompetenzen in Zukunft als Serviceprovider f\u00fcr die Entwicklung von Bioprozessen f\u00fcr die Industrie anzubieten.<\/p>\n Projektbeitrag des Fachgebiets Mess- und Regelungstechnik der TU Berlin im Detail:<\/b> Ein weiterer Schwerpunkt der letzten Jahre liegt in der datengetriebenen vollautomatischen Modellbildung f\u00fcr die optimierungsbasierte modellgest\u00fctzte Prozessf\u00fchrung. Die Erfahrungen damit sollen im AutoBio-Projekt genutzt werden, um die Etablierung von Prozessmodellen auch bei Versuchen im Miniaturma\u00dfstab voranzutreiben und somit die Anwendung moderner modellgest\u00fctzter Verfahren zu erm\u00f6glichen, wie es beispielsweise f\u00fcr das Scale-Up auf gr\u00f6\u00dfere Ma\u00dfst\u00e4be erforderlich ist. Neben dem Potential zur Prozessoptimierung steht somit auch die Verk\u00fcrzung der Bioprozessentwicklung im Mittelpunkt. Zusammen mit den Partnern sollen L\u00f6sungen gefunden werden, die es erlauben, die entwickelten Methoden der automatisierten Modellbildung und der modellgest\u00fctzten Prozess- \u00fcberwachung und Regelung als benutzerfreundliche Software zu entwickeln.<\/p>\n
\nDie PreSens Precision Sensing GmbH entwickelt, produziert und vertreibt chemisch optische Sensoren f\u00fcr biologisch relevante Parameter. Die fluoreszenzbasierten Sensoren werden zur Analyse der Dynamiken prim\u00e4r in der Fl\u00fcssigphase eingesetzt. Dabei werden sowohl Mikrosensorsysteme zur \u00f6rtlich aufgel\u00f6sten Messung als auch parallele Systeme beispielsweise f\u00fcr Mikrotiterplatten vertrieben. Diese zeichnen sich durch eine nicht-invasive Messung aus, die die Kultivierung nicht beeinflusst. Im Rahmen des Verbundprojektes wird die PreSens Precision Sensing GmbH neue Sauerstoff- und pH Sensoren zum Einsatz in Mikrotiterplatten entwickeln. Konkret werden dabei ein nicht-invasiver O2<\/sub>-Sensor speziell f\u00fcr die at-line Sauerstoffkontrolle sowie ein f\u00fcr mikrobielle Kultivierung optimierter pH-Sensor konzipiert. Um eine schnelle Marktpenetration der Produkte nach Ende des Projektes zu erreichen, steht die Kompatibilit\u00e4t der Sensortypen mit kommerziell erh\u00e4ltlichen Fluoreszenzreadern anderer Hersteller im Vordergrund.<\/p>\n
\nDas Fachgebiet Bioverfahrenstechnik konzentriert sich in seiner Forschung auf alle Aspekte einer effizienten Bioprozessentwicklung und verfolgt dabei konsequent die Linie von der Hochdurchsatzkultivierung im Mikroliter-Ma\u00dfstab bis zur Integration eines Scale-down Reaktors im L-Ma\u00dfstab. Das Fachgebiet Bioverfahrenstechnik ist Initiator des Netzwerks BioProScale<\/a> und Organisator des internationalen BioProScale Symposiums. Es verf\u00fcgt \u00fcber vier Labore (Process- and Systems Biotechnology, High Throughput Screening, Downstream Processing, Molecular Engineering), die dem modernsten Stand entsprechend ausger\u00fcstet sind.<\/p>\n
\nDas FG Mess- und Regelungstechnik arbeitet seit mehr als 15 Jahren intensiv an der Automatisierung einzelner Arbeitsschritte bei der modellgest\u00fctzten Prozessplanung, -\u00fcberwach- ung und -regelung in der Biotechnologie. Als eines von weltweit sehr wenigen regelungs- technischen Instituten betreibt das Fachgebiet zu diesem Zweck eigene Biolabore. Dabei entstand in den letzten Jahren ein Prozessleitsystem mit den modernsten Prozess\u00fcberwach- ungs-, -optimierungs- und -regelungsverfahren. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Softwareumgebung einfliessen, die von der Firma infoteam entwickelt wird.<\/p>\n