Einsatz von Mikropartikeln zur Kultivierung von filamentösen Pilzen

Hintergrund

Filamentöse Pilze spielen eine bedeutende Rolle bei der industriellen biotechnologischen Produktion von Enzymen, Antibiotika, pharmazeutischen Wirkstoffen sowie anderen Grund- und Feinchemikalien. Die hervorzuhebende Gattung Aspergillus wird unter anderem für die Produktion von wertvollen Enzymen für die Lebensmittelindustrie wie Fructofuranosidase oder Chymosin verwendet. Die Produktivität des Pilzes hängt dabei entscheidend von seiner Morphologie ab. In Vorarbeiten wurde am ibvt ein innovatives Konzept erarbeitet, welches die gezielte Einstellung der Wachstumsmorphologie hinsichtlich der gewünschten Produktionseigenschaften ermöglicht.

Das neue, auf dem Zusatz von Mikropartikeln basierende, MPEC-Verfahren (microparticle enhanced cultivation), soll nun im Rahmen eines AiF-Projektes zur anwendungsreifen Plattformtechnologie weiterentwickelt werden. Dabei arbeitet das ibvt eng mit dem Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA e.V. zusammen und wird dabei von einem projektbegleitenden Ausschuss mit Unternehmen der partikel- und enzymproduzierenden Industrie unterstützt.
Ziele
  • Screening nach neuen, geeigneten Partikelmaterialien und Ermittlung der optimalen Form und Größe
  • Optimierung prozesstechnischer Parameter für MPEC-Prozesse wie Leistungseintrag, pH-Wert und Begasung mittels statistischer Versuchsplanung
  • Optimierung der Produktion industriell wichtiger Enzyme wie Fructofuranosidase und Chymosin in Aspergillus niger
  • Entwicklung zentraler Verfahrensschritte zur Zugabe, Abtrennung und Wiederverwendung von Mikropartikeln
  • Maßstabsvergrößerung des bezüglich der Produktion leistungsfähigsten Prozesses in den 20L-Maßstab
  • Entwicklung einer allgemeinen Handlungsanweisung zur Wahl des Partikelmaterials sowie der Partikelgrößenverteilung zur gezielten Beeinflussung der Morphologie filamentöser Organismen

Publikationen
0. Krull R, Wucherpfennig T, Eslahpazir Esfandabadi M, Walisko R, Melzer G, Hempel D C, Kampen I, Kwade A, Wittmann C (2013)
Characterization and control of fungal morphology for improved production performance in biotechnology.

J. Biotechnol. 163:112-123.

0. Walisko R, Krull R, Schrader J, Wittmann C (2012)
Microparticle-based morphology engineering of filamentous microorganisms for industrial bio-production.

Biotech. Lett. 34:1975-1982.

0. Wucherpfennig T, Lakowitz A, Driouch H, Krull R, Wittmann C (2012)
Customization of Aspergillus niger Morphology Through Addition of Talc Micro Particles.

J. Vis. Exp. 61. Video.>

0. Driouch H, Hänsch R, Wucherpfennig T, Krull R, Wittmann C (2012)
Improved enzyme production by superior bio-pellets of Aspergillus niger - Targeted morphology engineering using titanate micro particles.

Biotechnol. Bioeng. 109:462-471.

0. Driouch H, Roth A, Dersch P, Wittmann C (2010)
Filamentous fungi in good shape: Microparticles for tailor-made fungal morphology and enhanced enzyme production.

Bioengineered Bugs 2:1-5.

0. Driouch H, Roth A, Dersch P, Wittmann C (2010)
Optimized bioprocess for production of fructofuranosidase by recombinant Aspergillus niger.

Appl. Microbiol. Biotechnol. 87:2011-2024.

0. Driouch H, Sommer B, Wittmann C (2010)
Morphology engineering of Aspergillus niger for improved enzyme production.

Biotechnol. Bioeng. 105:1058 - 1068.