Prozessnahe Hochdurchsatzoptimierung der heterologen Proteinproduktion in alternativen Wirtsorganismen

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In dieser Arbeit wird die Entwicklung automatisierter Hochdurchsatzmethoden zur Optimierung der heterologen Proteinproduktion beschrieben. Im ersten Teil werden die technischen Voraussetzungen geschaffen, indem das Jülich Bioprocess Optimization System (JuBOS) konzipiert und validiert wird. Die Hauptinstrumente sind ein Mikrotiterplatten-basiertes Kultivierungssystem und ein Pipettierroboter, der den Flüssigkeitstransfer in und aus den MTP-Kavitäten ermöglicht. Funktionale Erweiterungen erlauben automatisierte mikrobielle Arbeiten wie Probenahme und Aktivitätsassays. Die Validität der Ergebnisse wird durch Maßstabsvergrößerung in Labor-Bioreaktoren (1 L, 20 L) nachgewiesen. Im zweiten Teil werden vier Methodenmodule zur beschleunigten Bioprozessentwicklung entwickelt, wobei Cutinase aus Fusarium solani pisi als Modellprotein verwendet wird. Im ersten Modul identifizieren automatisierte Stammscreenings die produktivsten Cutinase-Signalpeptid-Kombinationen. Durch Induction Profiling werden optimale IPTG-Konzentrationen und Induktionszeitpunkte untersucht, was zu einer Produktivitätssteigerung von 40% führt. Das Minimalmedium CG XII wird durch Screening von 19 Komponenten optimiert, wodurch die Ausbeute von zwei Zielproteinen um den Faktor 1.5 gesteigert wird. Abschließend wird die Miniaturisierung von Fed-Batch-Prozessen untersucht, was eine Steigerung der biomassespezifischen Produktbildung um 100% ermöglicht. Insgesamt wird de