Insulin , Antikörper zur Verwendung in Impfstoffen und Krebsmedikamente , Enzyme für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Waschmittelindustrie : Viele solcher Substanzen bereits in großem Maßstab biotechnologisch hergestellt werden. Derzeit Nachfrage für Biomoleküle wird oft noch durch die Verwendung von lebenden Zellen oder Organismen erfüllt . Dies beinhaltet Forscher Zugabe des Gens, das für das Zielprotein , Bakterien , Hefen oder Zellkulturen, von tierischen oder pflanzlichen Zellen . Diese veränderten Organismen werden dann en masse in Bioreaktoren kultiviert , bevor das Protein schließlich isoliert und gereinigt ist . Es besteht kein Zweifel , dass die Technologie ist sehr wirkungsvoll , haben jedoch Nachteile, so ist, da viele der Schritte in dem Verfahren kostspielig und zeitaufwendigsind . Was mehr ist, die Bakterien und andere Zellen selbst verbrauchen Teil der Ressourcen am Leben zu bleiben - was die Effizienz der Proteinsynthese Prozess reduziert . Projektleiter Prof. Frank Fabian Bier vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in Potsdam erklärt der größte Nachteil der zellbasierten Techniken : "Viele Proteine nicht in den Zellen produziert werden - oder aber die Ergebnisse sind sehr arm Nehmen Membranproteine , zum Beispiel. , die eine wichtige Rolle in der pharmakologischen Forschung spielen oder Proteine, die eine Zelle zu vergiften , wenn sie in hohen Konzentrationen - . . so dass sie potenziell sehr nützlich für die Behandlung von Krebs "
Produktion von Proteinen ohne Zellen
Zellfreie Techniken nicht von diesen Problemen leiden , weil anstelle der Verwendung intakte , lebende Zellen sie nur die Elemente einer Zelle für die Proteinsynthese benötigt werden. Aber wie funktioniert das Konzept von Biomolekülen für die Produktionslinie zu arbeiten? Zunächst müssen Fraunhofer-Forscher die Zellen , um eine Mischung zu erhalten brechen - , die alle notwendigen Elemente für die Proteinsynthese enthält - als Lysat bezeichnet. Neben Enzymen gehören dazu auch biologisch aktive Organellen und Membranteilen , die die Synthese von Proteinen entsprechend ihrer genetischen Code . Die gewünschten Gene können direkt zu dem Lysat gegeben werden ; gibt es keine Notwendigkeit mehr für sie mühsam in die Zellen " DNA ersten implantiert werden.
Das Konzept der zellfreien Proteinsynthese hat sich für eine Weile gewesen . Was der Fraunhofer-Gemeinschaftsforschungsprojektzielt darauf ab, zu tun ist, passen Sie die Technik für die industrielle Produktion . Die Idee stammt aus dem Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF- Biotechnologie -2020-Strategie und Prozess erhält 15 Millionen Euro Finanzierung; Die Fraunhofer-Gesellschaft investiert weitere 6 Millionen Euro. Vieles wurde bereits erreicht , da das Projekt vor zwei Jahren ins Leben gerufen . Die erste Stufe war die Entwicklung der automatisierten Zellernte und Extraktionstechniken zu Lysaten von Bakterien , Tabak, und Insektenzellen zu produzieren. Eine vollständig automatisierte Prozess liefert diese Lysate mit Aminosäuren und ausgewählten genetischen Materials , so dass die Synthese spezifischer Proteine in Gang zu bringen .
Zwei Bioreaktor Konzepte
Zwei Reaktorkonzepte werden derzeit in der Testphase für den Einsatz in der Industrie. Eine Idee besteht aus kleinen Synthesekammernmit einer teildurchlässigen Membran , durch die frisches speichert der Zutaten für die Reaktion können dem Lysat zugeführt werden und schädlichen Metaboliten entfernt . Eine Ver- und Entsorgungssystem dieser Art kann die Proteinsynthese zu gehen zu halten für einige Tage. Die andere Idee ist eine Mikrofluidik- Plattform, auf der das Lesen der Gene und der tatsächlichen Proteinsynthese in getrennten Stellen auftreten - in der gleichen Weise, wie es bei Tieren und Pflanzen der Fall ist. Dieses System ist besonders geeignet, um Lysate aus Tier- und Pflanzenzellen .
Die Versuchsreaktorensind das Ergebnis einer intensiven Zusammenarbeit von Biologen, Physikern und mechanische und Elektroniker aus den acht teilnehmenden Institute. " Seit dem Start des Projekts im März 2011 haben wir eine enorme Menge an Arbeit in die Herstellung geeigneter Lysaten Gründung Messtechnik, und die Zusammen Komponenten steuern die beteiligten Prozesse setzen ", betont Prof. Bier . Er kommt zu dem Schluss : "Es gibt immer noch eine Menge Spielraum, um zellfreien Systemen zu verbessern, und sie zeigen großes Potenzial für die Herstellung der Großproduktion von wichtigen Biomolekülen wesentlich wirtschaftlicher und schonende Umgang mit Ressourcen als je zuvor. "