Online-Überwachung eines Fermentationsprozesses mit Reflektometrischer Interferenzspektroskopie

Abstract

Die prozessnahe online-Überwachung von biotechnologischen Prozessen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dabei werden von der Industrie vermehrt schnelle und genaue Analysenmethoden gefordert, um Kultivierungsbedingungen optimieren und die Fermentationsdauer reduzieren zu können. Bisher werden meist nur allgemeine Paramter wie Druck, Temperatur oder pH-Wert online verfolgt. Eine produktspezifische Analytik erfolgt größtenteils offline. D. h. die Proben werden manuell gezogen und nachfolgend in einem Labor analysiert. Eine solche Prozedur ist fast immer sehr arbeitsaufwändig und teuer. Problematisch kann auch die zeitliche Verzögerung zwischen Fermentationsprozess und Analysenergebnis sein. Insbesondere bei Batch-Fermentationen kann es bei Überproduktion zu Neben- und Abbauprodukten kommen. Wünschenswert ist deshalb eine zeitnahe, möglichst prozessintegrierte Anayltik, um gezielt den Fermentationprozess steuern zu können. In unserer Arbeitsgruppe wurde ein optischer Biosensor entwickelt, der eine produktspezifische, schnelle online-Überwachung eines Fermentationsprozesses erlaubt. Modellhaft wurde dabei die Produktion des Antibiotikums Vancomycin während einer Fermentation verfolgt. Die Wirkungsweise des Vancomycins beruht auf einer spezifischen Bindung an Mukopeptidvorstufen, die auf die Sequenz D-Alanin-D-Alanin enden. Um eine spezifische Detektion von Vancomycin zu erreichen wurden entsprechende Peptide kovalent auf ein Glasssubstrat immobilisiert und die Wechselwirkung zwischen der Oberfläche und Vancomycin mittels Reflektometrischer Interferenzspektroskopie (RIfS) verfolgt.