Mikrobiologische Kultivierungen
Forschung auf der Grundlage der Parallelfermentation
Die Kosten zu senken und gleichzeitig so schnell wie möglich effiziente Bioprozesse zu entwickeln ist eine schwierige Aufgabe. Um hohe Ausbeuten und Produkttiter zu erzielen, müssen intensive Screenings durchgeführt werden, die eine große Anzahl verschiedener Experimente in Bezug auf Stämme, Medienzusammensetzung und Prozessbedingungen umfassen. Die Hochdurchsatz-Fermentation im Mikrolitermaßstab ist die Methode der Wahl, da sie eine hohe Datenausbeute bei gleichzeitiger Kostensenkung durch Zeit- und Personalersparnis, Automatisierung und geringen Materialeinsatz ermöglicht. Der BioLector Mikrobioreaktor ist ein leistungsstarkes Gerät für die vollständige Prozesskontrolle im Mikrolitermaßstab.
Lernen Sie mehr über Ihre Applikation:
- Anaerobe Kultivierungen
- Entwicklung von Bioprozessen
- Clone Screening
- Medienoptimierung
- Synthetische Biologie
Anaerobe Kultivierungen
Der BioLector XT Mikrobioreaktor folgt den Trends in der Bioprozessentwicklung. Er kann bis zu 48 Kultivierungen parallel durchführen und dabei bis zu sechs Parameter gleichzeitig messen, darunter Biomasse, pH-Wert, Gelöstsauerstoff und Fluoreszenz. Der Begasungsdeckel dichtet die Mikrotiterplatte vollständig von der Umgebung ab, sodass der BioLector XT Mikrobioreaktor selbst in üblicher Laboratmosphäre platziert werden kann ohne die Aufrechterhaltung anaerober Bedingungen im Begasungsdeckel zu beeinträchtigen. Die Kompatibilität mit dem mikrofluidischen Modul ermöglicht auch anaerobe fed-batch und pH-regulierte Prozesse.
Für mikroaerophile Organismen wird die Verwendung des O2-Down-Regulation-Moduls empfohlen, um definierte atmosphärische Bedingungen mit einem Sauerstoffgehalt zwischen 1 % und 21 % zu erreichen.
Der BioLector XT Mikrobioreaktor ist somit ein wertvolles Werkzeug für das Screening von anaeroben oder mikroaerophilen Stämmen, wie z.B. in der Mikrobiom- oder Lebensmittel- und Getränkeforschung.
Entwicklung von Bioprozessen
Herkömmliche Methoden des Screenings und der Prozessentwicklung haben oft ihre Grenzen. Dazu gehören schlechte Skalierbarkeit, geringer Durchsatz und eine geringe Menge an Informationen über Bioprozessparameter.
Der BioLector XT Mikrobioreaktor ist ein fortschrittliches Gerät, das all diese Probleme angeht. Durch die Geometrie der FlowerPlate-Mikrotiterplatte und die Schüttelfähigkeit des Mikrobioreaktors kann ein breites Spektrum an definierten Sauerstofftransferraten erreicht werden, was die Skalierbarkeit im Labor- und Pilotmaßstab erleichtert.
Während Fermenter im Labormaßstab eine große Menge an Informationen über Bioprozesse liefern können, ist der Durchsatz begrenzt. Durch den Einsatz von Methoden wie Schüttelkolbenexperimenten kann die Anzahl der gleichzeitigen Kultivierungen erhöht werden, jedoch werden aufgrund der fehlenden Sensortechnik nur wenige Prozessinformationen gewonnen. Außerdem müssen die Kultivierungen für die Probenahme unterbrochen werden, was sich negativ auf den Gastransfer und die Kulturleistung auswirken kann.
Der BioLector XT Mikrobioreaktor kann bis zu 48 Kultivierungen parallel laufen lassen und dabei bis zu sechs Prozessparameter gleichzeitig messen, darunter Biomasse, pH-Wert, Gelöstauerstoff und Fluoreszenz, wie Proteine oder Farbstoffe. Während der Messung wird die Platte weiter geschüttelt, um eine Unterbrechung des Gastransfers zu vermeiden. Die Zeit zwischen den Messungen ist mit wenigen Minuten sehr kurz, sodass kleine Schwankungen im Biomasseprofil, die auf Stoffwechselveränderungen hindeuten können, beobachtet werden können.
Clone Screening
Das Screening von Klonen aus großen Bibliotheken ist oft mühsam und unterliegt zumindest bis zu einem gewissen Grad Zufallsfaktoren. Je mehr Klone gescreent werden können, desto größer sind die Chancen, die gewünschte Optimierung zu finden. Herkömmliche Screening-Methoden können jedoch entweder einen zu geringen Durchsatz oder eine zu geringe Datenmenge aufweisen, sodass vorteilhafte Klone unentdeckt bleiben oder der Grund für bestimmte Verbesserungen unbekannt bleibt.
Der BioLector XT Mikrobioreaktor löst dieses Problem, indem er ein Hochdurchsatz-Screening von Klonen sowie den Nachweis relevanter Stoffwechselinformationen, einschließlich Biomasse, pH-Wert, Gelöstsauerstoff und Fluoreszenz, ermöglicht. Der hohe Durchsatz und die Datenerfassung des Mikrobioreaktors ermöglichen ein schnelles Klonscreening unter relevanten Bedingungen und einen Einblick in die Gründe für bestimmte Optimierungsschritte, was den Weg für eine rechtzeitige und zuverlässige Entwicklung von Stämmen ebnet.
Medienoptimierung
Bei der Anwendung herkömmlicher Methoden zur Medienoptimierung werden Messungen nur alle paar Stunden durchgeführt, da der Prozess durch die Probenahme begrenzt ist. Dieser Ansatz birgt das Risiko, dass kleine Veränderungen, z. B. bei der Biomasse oder den DO-Signalen, übersehen werden, was wiederum zu falschen oder fehlenden Schlussfolgerungen auf der Grundlage der wenigen erfassten Daten führen kann.
Der BioLector XT Mikrobioreaktor hingegen misst die Kultivierungsparameter online, wodurch die Notwendigkeit der Probenentnahme weitgehend entfällt und die Datendichte erhöht wird. Aufgrund des hohen Durchsatzes ist das Gerät für die Versuchsplanung (DoE) geeignet. Es können nicht nur viele Nährstoffkomponenten einzeln untersucht werden, sondern auch ihre Wechselwirkungen überwacht werden, um die produktivsten und kostengünstigsten Medien zu optimieren.
Synthetische Biologie
Eine Schlüsselanwendung der synthetischen Biologie ist die Entwicklung neuer Stoffwechselwege in mikrobiellen Expressionssystemen zur Herstellung innovativer Produkte wie Biokraftstoffen und neuen chemischen Bausteinen. Diese modernen Bioprozesse nutzen erneuerbare Rohstoffe als Substrate und schaffen eine neue nachhaltige Industrie, die als Bioökonomie bezeichnet wird.
Die BioLector-Technologie kann in diesem Bereich eingesetzt werden, um das physiologische Verhalten von synthetischen Mikroorgansimen zu untersuchen. Durch Veränderung der Stoffwechselwege kann auch das Wachstumsverhalten des Mikroorganismus beeinflusst werden, was vor der Entwicklung eines neuen Bioprozesses eingehend untersucht werden muss.
Die erzeugten Produzenten können leicht durch spezifische Wachstumsraten, Ansäuerungsraten, Sauerstoffverbrauch oder durch Produktbildungsraten charakterisiert und verglichen werden. Durch die Verwendung von fluoreszierenden Proteinen (z.B. GFP) als Reporter wird der BioLector XT Mikrobioreaktor außerdem häufig zur grundlegenden Charakterisierung neuer Promotoren oder sogar ganzer Bibliotheken synthetischer Promotoren eingesetzt.