Entwicklung und Charakterisierung eines neuen Fluoreszenzsensors für die online-Überwachung von Bioprozessen

Abstract

Fluoreszenz-Spektroskopie ist eine sehr sensitive Messmethode, die Echtzeit-online-Überwachungen von Bioprozessen ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Fluoreszenzsensor entwickelt, der handlich und robust ist. Er funktioniert ohne bewegliche Teile und eignet sich zur Aufnahme von Fluoreszenzänderungen der wichtigsten biogenen Fluorophore in den Zellen. Zu Beginn der Arbeit wurden mögliche Sensorkomponenten mit Hilfe von Modellfluorophoren in Bezug auf ihre Sensitivität und ihre Selektivität geprüft. Anschließend wurde ein Funktionsmuster erstellt. Dieses wurde an bakteriellen und eukaryotischen Batch-Kultivierungen und an Fed-Batch-Kultivierungen validiert. Es wurde erfolgreich ein Vorhersagemodell für die Biomasse eines E. coli K1-Batch-Prozesses erstellt. Auch metabolische Veränderungen wie sie bei Hefen beim Wechsel von aeroben zu anaeroben Bedingungen, beim diauxischen Wachstum oder beim Crabtree-Effekt auftreten, wurden mit dem Sensor erfolgreich detektiert. Außerdem wurde die heterologe Produktion von GFP-GST mit dem Sensor überwacht. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Messtechnik erfolgreich auf das Downstream Processing transferiert werden konnte und eine damit verbundene Aufreinigung des GFP-GST über eine NTA-Affinitätschromatographie und die direkte Quantifizierung des Proteins möglich ist. Weiterhin konnte mit dem Sensor die Enzymkinetik einer ADH beim Umsatz von Ethanol aufgenommen werden.