Die Rolle der Reaktionstechnik in der mikrobiellen Verfahrensentwicklung

Abstract

Die Bioverfahrenstechnik hat im besonderen Maße eine integrative Aufgabe zu erfüllen, um durch erfolgreiches Zusammenwirken von Biologen, Chemikern und Ingenieuren zu neuen und verbesserten Produktionsprozessen zu gelangen. Die reaktionstechnische Analyse biologischer Systeme ist ohne Zusammenwirken des Ingenieurwesens mit den Fachdisziplinen Biologie und Chemie nicht erfolgreich möglich. Die in Deutschland in dieser Intensität wohl einmalige Möglichkeit zur interdisziplinären Zusammenarbeit ist eine der Stärken der Institute für Biotechnologie der Forschungszentrum Jülich GmbH und hat wesentlich zum Entstehen dieser Arbeit beigetragen. Reaktionstechnische Arbeiten zur Verfahrensentwicklung sind wenig sinnvoll, wenn Reaktionen nicht auch in einem technisch relevanten Maßstab untersucht werden können. Die Möglichkeit zur Nutzung des Biotechnikums der Forschungszentrum Jülich GmbH mit seiner herausragenden technischen Ausstattung war eine wesentliche Grundlage der vorliegenden Arbeit. Reaktionstechnische Analysen biologischer Systeme sind darauf angewiesen, ausreichend Meßinformation zu erhalten. Die Möglichkeit, mit Hilfe der Kernresonanzspektroskopie ($\textit{nuclear magnetic resonance}$, NMR) Stoffkonzentrationen in lebenden Zellen zu messen, ohne diese zu zerstören, stellt eine wichtige Bereicherung des analytischen Methodenspektrums dar. Nur durch die intensive Zusammenarbeit mit der NMR-Arbeitsgruppe im Institut für Biotechnologie der Forschungszentrum Jülich GmbH unter der Leitung von Herrn Dr. de Graaf konnte diese Meßtechnik für reaktionstechnische Untersuchungen nutzbar gemacht werden. Die Automatisierung reaktionstechnischer Methoden und die Bereitstellung von Datenanalysewerkzeugen erfordert einen zum Teil erheblichen Programmieraufwand. Dieser wurde überwiegend von Doktoranden und Diplomanden geleistet. Ohne die intensive softwaretechnische Beratung, mathematische Unterstützung und auch Bereitstellung von einzelnen Softwarebausteinen durch Herrn Prof. Wiechert hätten diese Arbeiten nicht in diesem Umfang durchgeführt werden können. Die breite Anwendung der Reaktionstechnik in der mikrobiellen Verfahrensentwicklung kann besonders dann gelingen, wenn die entwickelten Methoden und Verfahren anderen verfügbar gemacht werden. Daher war ein wichtiger Aspekt dieser Arbeiten die Zusammenarbeit mit Industriepartnern (Anwendern und Lizenznehmern). Auch wenn sich dieser Technologietransfer aufgrund der Verpflichtung zur Geheimhaltung, oder weil es sich 'nur' um Mitarbeit bei der Entwicklung zur Marktreife handelte, nicht als wissenschaftliches Ergebnis in dieser Arbeit niederschlägt, so sind doch die Synergieeffekte nicht zu unterschätzen. Die mikrobielle Verfahrensentwicklung umfaßt nicht nur die technische Realisierung der eigentlichen Stoffumwandlung, sondern muß gleichzeitig die Isolierung des Produktes aus der Reaktionslösung ermöglichen. Ohne die simultane Entwicklung eines [...