CD-Labor for Produktion neuartiger Biopharmazeutika in E.coli

Biopharmazeutika sind Arzneimittel, zumeist rekombinante Proteine, die in lebenden Zellen hergestellt werden. Dieses CD Labor erforscht wissenschaftliche Grundlagen zur effizienten Produktion neuartiger Proteine mit erhöhter Wirksamkeit in E. coli.

Biopharmazeutische Wirkstoffe der nächsten Generation sind meist biotechnologisch, das heißt, mit Hilfe von Bakterien oder tierischen Zellen hergestellte Proteine, die mit neuartigen Funktionalitäten und spezifischen Bindungseigenschaften ausgestattet sind. Dies macht sie einerseits zu höchst wirksamen und nebenwirkungsarmen Medikamenten, jedoch ist ihre Herstellung aufgrund ihrer oft sehr komplexen Strukturen und Bindungseigenschaften äußerst schwierig. In diesem CD Labor sollen die wissenschaftlichen Grundlagen und Lösungen zur effizienten Produktion dieser Proteine mit Hilfe von E. coli Bakterien erarbeitet werden. Da dieses bakterielle Produktionssystem zur Darmflora des Menschen gehört, wird es häufig für die biotechnologische Synthese von Arzneimitteln verwendet.

Die Herstellung synthetischer, bioaktiver Proteine erfolgt in drei Schritten. Im ersten Schritt (Zellenengineering) werden die E. coli Bakterien gentechnisch derart verändert, dass sie Proteine mit den gewünschten Eigenschaften herstellen (exprimieren). Der zweite Schritt (Fermentation) stellt die großtechnische Herstellung der Proteine in Bioreaktoren dar. Schlussendlich muss die Produktionscharge aufgereinigt und das gewünschte Protein isoliert werden. Zwischen all diesen Verfahrensschritten gibt es gegenseitige Abhängigkeiten, welche im Rahmen dieses CD Labors auf grundlagenwissenschaftlicher Basis untersucht werden sollen. Verfahrenstechnische Aspekte werden ins Zentrum der Arbeiten gestellt und besonderes Augenmerk auf die interdisziplinären Schnittstellen zwischen Zellengineering, Fermentation und Produktaufreinigung gelegt.

Als repräsentative Modelproteine für diese Forschungsarbeiten sollen Antikörperfragmente dienen. Diese gelten als zukunftsträchtige kostengünstige und sehr effiziente Alternative zur heutigen Immuntherapie. Antiköperfragmente enthalten lediglich die spezifische Antigenbindungsstelle. Dabei kommen auch neue Expressionssysteme zum Einsatz. Diese erlauben die Untersuchung der Langzeitsystemstabilität unter Produktionsbedingungen. Es soll auch untersucht werden, inwieweit Veränderungen in den Bedingungen während der Fermentation, sowie Variationen im Bereich des Expressionssystems Einfluss auf die Effizienz der darauffolgenden Prozessschritte und somit auf die Produktqualität haben.

Im Bereich der Proteinaufarbeitung wird ein neuartiges, auf Mikropartikel basiertes System, studiert werden. Dabei müssen zum einen die grundlegenden Prinzipien dieser Aufarbeitungsmethode auf breiter Basis erforscht, sowie die Methode für die Produktion von neuartigen Biopharmazeutika weiterentwickelt werden.

Der Ansatz, anwendungsnahe Fragestellungen auf breiter grundlagenwissenschaftlicher Basis zu untersuchen und daraus Lösungsansätze zu entwickeln, wird einen erheblichen Beitrag zur Produktion neuartiger, schwer herstellbarer Proteine liefern.