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C6 Nanoanalytik für Proteinproduktionsprozesse

(Schilling/Ludwig)

Zentrales Thema im Sonderforschungsbereich ist die Herstellung neuer rekombinanter Proteine (z. B. Glycosyltransferasen und Antikörper) in biotechnologischen Prozessen mit gentechnisch veränderten Mikroorganismen, wie Aspergillus niger, Bacillus megaterium und Escherichia coli. Um solche Produktionsprozesse zu optimieren, werden die Einflüsse der physikalischen und biochemischen Wachstumsparameter auf die Morphologie und die Proteinproduktionsrate beschrieben und modelliert. Hier soll das vorliegende Teilprojekt C6 (Schilling/Ludwig) durch die Untersuchung des Anfangsstadiums des Wachstums der Kulturen mit höchstauflösender Mikroskopie und mit einer neuen Methode zur Messung von Proteinkonzentrationen mittels magnetisch markierter Antikörper beitragen.

Unsere Rasterkraftmikroskopie wollen wir dazu einsetzen, in-vivo das Wachstum einzelner Mikroorganismen (Sporen / Bakterien) mit etwa 10 nm Auflösung unter Änderung der Wachstumsbedingungen zu untersuchen. Im Rahmen unserer Vorarbeiten wurden verschiedene Stadien von Proben aus dem SFB mit und ohne strukturierten Untergrund erfolgreich mikroskopiert.

Die untersuchten Mikroorganismen A. niger und B. megaterium haben die Fähigkeit, die produzierten Proteine in die Nährlösung abzugeben. Die Konzentration dieser Proteine soll mit Hilfe eines neuen Markierungsverfahrens, z. B. bei der Sekretion, untersucht werden. Dabei kommen Antikörper auf der Oberfläche von superparamagnetischen Nanoteilchen als Marker zur Messung der Wachstums- und Produktionskinetik an lebenden Zellen zum Einsatz. Als Magnetfeld-Sensoren verwenden wir supraleitende Quanteninterferometer aus Hochtemperatur-Supraleitern und Fluxgates, die bei uns im Institut hergestellt werden. Die magnetische Messtechnik ist seit über zehn Jahren das Hauptarbeitsgebiet der Antragsteller. Die Nanoteilchen sind in vielfältigen Varianten mit Antikörpern markiert kommerziell erhältlich. Die Markierung der magnetischen Nanoteilchen zum Erreichen der Spezifität auf die Zielproteine des SFB wird in Kooperation mit dem Teilprojekt A6 (Dübel) und mit kommerziell hergestellten Antikörpern bereitgestellt. Durch den Magnetismus der Marker kommen im Vergleich zur Fluoreszenzmarkierung die Möglichkeit in undurchsichtigen Lösungen und ohne Auswaschen zu messen hinzu. Außerdem sind vielfältige Manipulationsmöglichkeiten durch Kraftmessungen und die magnetische Separation möglich.

Die Methoden der statistischen Versuchplanung, die bei uns im Institut standardmäßig in der Chipherstellung eingesetzt werden, sollen hier angewendet werden, um empirische Modellzusammenhänge quantitativ angeben zu können und zu untersuchen, in wieweit Wechselwirkungen der Faktoren in den Proteinproduktionsprozessen eine signifikante Rolle spielen.

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