CD-Labor for Wachstumsentkoppelte Proteinproduktion in Hefe

Rekombinante Proteine werden häufig mithilfe von biotechnologisch veränderten Hefen hergestellt, wobei die Proteinausbeute mit dem Hefewachstum zunimmt. Dieses CD Labor sucht nun nach Möglichkeiten, Proteinsynthese und Hefewachstum zu entkoppeln.

Da Proteinsynthese und -sekretion mit dem Wachstum der Hefen korrelieren, muss die Biomasse ständig wachsen, um eine effiziente Produktbildung zu ermöglichen. Die dabei erzielten hohen Biomassekonzentrationen können jedoch während der Herstellung von Proteinen in großem Maßstab zu technischen Problemen führen. Ein Prozess, der eine effiziente Herstellung rekombinanter Proteine durch relativ geringe Konzentrationen an Biomasse erlaubt, wäre daher wünschenswert, ist derzeit technisch aber noch nicht möglich.

Die Rate des Hefewachstums wird vor allem vom Nährstoffangebot reguliert. Um Proteine auch bei geringem Wachstum der Hefekulturen in planbarer Art und Weise herstellen zu können, muss das Wissen um deren Lebensbedingungen und Zellregulationsmechanismen bei extremem Nährstoffmangel vertieft werden. Hierfür soll die Hefe Pichia pastoris in Retentostat-Kulturen kultiviert werden. Retentostat-Kulturen zeichnen sich dadurch aus, dass das Nährmedium dem Biomassereaktor soweit entzogen wird, bis die Menge an verbrauchtem Nährmedium den Nahrungsbedarf der vorhandenen Biomasse gerade eben deckt, aber kein weiteres Wachstum anregt. In diesem System sollen alle charakteristischen Stoffwechsel-Eigenschaften der Hefezelle analysiert werden, um darüber Rückschlüsse zu gewinnen, zu welchem Zeitpunkt des Zyklus welche Stoffwechselwege aktiv sind.

Dieses grundlegende Wissen bildet die wissenschaftliche Grundlage für die Vorhersage und Entwicklung von neuartigen genetisch veränderten Hefen, sogenannten Zell-Engineering-Strategien, welche in der Lage sind, die Proteinsynthese und Sekretion vom Wachstum zu entkoppeln. Die genetisch veränderten Stämme werden dann validiert, indem sie unter kontrollierten Bedingungen bei sehr niedrigen spezifischen Wachstumsraten kultiviert werden. So soll nachgewiesen werden, dass Proteinsynthese und -sekretion tatsächlich von Biomassebildung entkoppelt wurden.

Das durch die Forschung dieses CD Labors etablierte Wissen über Wachstums- und Sekretionsprozesse eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung optimaler Produktions-Plattformen und Prozesse in der Zukunft.