Prozesstechnische Untersuchungen zum Einsatz von Enzymen bei der Aufarbeitung biotechnologischer Produkte (Downstream Processing). Entwicklung eines Verfahrens zur Beseitigung von Endotoxinen unter Verwendung von Biokatalysatoren

• Applicant: Professor Dr. Markus Pietzsch
• Subject Area: Biological Process Engineering
• Term: from 2005 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 13759183

Lipopolysaccharide (LPS, Endotoxine) sind Bestandteile der äußeren Membran gram-negativer Bakterien (z. B. Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Vibrio cholerae) und lösen im Menschen im ng/kg(Körpergewicht)-Maßstab Immunreaktionen von Fieber bis hin zum septischen Schock aus. Diese Moleküle bedecken ca. 75 % der Oberfläche und werden z. B. bei der Zellteilung in das Kulturmedium abgegeben. Bei der Reinigung intrazellulärer Produkte sorgt der Scherstress, der aufgewendet werden muss, um die Zellwände aufzubrechen, ebenfalls dafür, dass LPS in das Lösungsmittel (Aufschlusspuffer) freigesetzt werden. Bei der Herstellung von Therapeutika und Wirkstoffen müssen LPS deshalb im Verlaufe des Aufarbeitungsprozesses unbedingt beseitigt werden. Das übliche Verfahren beruht letztendlich auf der ¿Verdünnung der Ausgangslösung mit endotoxin-freiem Wasser (Water for injection, WFI) während der Downstream-Prozesse. Andere Verfahren sind bezüglich der Abtrennung von LPS aus proteinhaltigen Lösungen ineffektiv und haben keine technische Bedeutung erlangt. Obwohl es biochemische und medizinische Untersuchungen zur Beziehung zwischen Struktur und fiebererregender Wirkung von Endotoxinen gibt, in deren Zusammenhang auch Enzyme zur Herstellung von Teilstrukturen von LPS eingesetzt wurden, gibt es bisher erstaunlicherweise keine Ansätze, Biokatalysatoren in technischen Verfahren zur Abreicherung dieser Verunreinigungen einzusetzen. Ziel des Vorhabens ist es daher, geeignete Biokatalysatoren aufzufinden und für die vollständige Beseitigung von Endotoxinen nutzbar zu machen. Bevorzugt sollen solche Enzyme verwendet werden, die eine hohe Spezifität bezüglich der Verunreinigungen besitzen und das Zielprodukt unverändert lassen. Entsprechende Biokatalysatoren sollen identifiziert (Bestimmung der N-terminalen Sequenz), charakterisiert und immobilisiert werden.

• DFG Programme: Research Grants