DE102007031938A1 - Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes und Bioreaktor - Google Patents

Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes und Bioreaktor Download PDF

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Ute Dr. Steinfeld
Barbara Palm
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes durch Synthese in einem Bioreaktor, wobei der Naturstoff als Stoffwechselprodukt oder Fermentationsprodukt in einem Kulturmedium erzeugt wird, das in dem Bioreaktor enthalten ist und ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen umfasst, und wobei der erzeugte Naturstoff mit Hilfe mindestens eines molekular geprägten Polymers extrahiert wird. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden Bioreaktor zum Erzeugen eines Naturstoffes.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes durch Synthese in einem Bioreaktor nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie einen entsprechenden Bioreaktor nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.
  • Viele medizinisch interessante Wirkstoffe wie beispielsweise Insulin, Hyaluronsäure, Streptokinase sowie eine große Anzahl der in der Vergangenheit und heute verwendeten Antibiotika (Penicillin, Erythromycin, Tetracyclin) und Krebstherapeutika (Mitomycin, Epothilon), die meist auf aus Bakterien, Pilzen oder Pflanzen gewonnenen Naturstoffen basieren, lassen sich großtechnisch durch Umsetzung von biologischen Materialien mit Hilfe von Mikroorganismen in Bioreaktoren synthetisieren (durch Fermentierung bzw. Fermentation). Dabei sind Mikroorganismen wie Bakte rien-, Pilz-, Hefe- oder Zellkulturen oder aber Enzyme (Fermente) in der Lage, Stoffe zu bilden, die sich auf rein chemischem Wege nur sehr schwer bzw. gar nicht herstellen lassen. Besonders Vertreter der Bakteriengruppen der Aktinomyceten und vor allem der im Boden lebenden Myxobakterien zeichnen sich durch ihre hohe Produktivität aus und die Fähigkeit, eine Vielzahl von wichtigen und strukturell einzigartigen biologisch aktiven Wirkstoffen herzustellen. Diese biologisch aktiven Naturstoffe aus Mikroorganismen werden auch als Sekundärmetabolite bezeichnet. Andere Sekundärstoffe stammen aus Pseudomonaden und Streptomyceten oder den bisher chemisch kaum untersuchten Bakteriengattungen Photorhabdus und Xenorhabdus.
  • Da die Nachfrage nach Substanzen mit verbesserten oder neuen Wirkmechanismen, unter anderem bei Antibiotika durch das zunehmende Problem der Resistenzbildung, weiter steigt, werden Naturstoff-Biosynthesewege mit Hilfe von genetischen Methoden modifiziert, das heißt, neben der Erforschung neuer Mikroorganismen kommen auch genetisch aktivierte oder manipulierte Organismen (z. B. Bakterien oder Pilze) bei der Herstellung neuer oder veränderter Naturstoffe sowie der Produktionsoptimierung zum Zuge.
  • Die Produktion wird üblicherweise in einem Bioreaktor oder Fermenter durchgeführt, der ein Gemisch aus Nährmedium sowie Enzymen oder Mikroorganismen oder Zellen (Biomasse) und Stoffwechselprodukten, nachfolgend Kulturmedium oder Fermenterkultur genannt, enthält. Um die gewünschten Stoffwechselprodukte zu gewinnen, gibt es dabei mehrere Möglichkeiten:
    • • Das Kulturmedium muss dazu gegebenenfalls erst zentrifugiert und die überstehende Lösung mit den entsprechenden großen Volumina an den passenden organischen Lösemitteln (Aceton, Ethylacetat, Alkohole etc.) kontinuierlich extrahiert werden. Diese Extraktion kann auch mit mindestens einer Reaktion (Komplexbildung o. ä.) gekoppelt sein, um durch Verschiebung der Extraktionsgleichgewichte den Stoffübergang zwischen den Phasen zu verbessern (Reaktivextraktion). Die Extrakte müssen dann gewaschen und nach Trocknen energie- und kostenintensiv zum Trocknen eingeengt werden, um das Produkt zu erhalten. Neben dem hohen Verbrauch an Reagenzien und Lösemitteln, die nur zum Teil zurückgewonnen werden können, und der arbeitsintensiven Prozedur fällt auch der nachfolgende Trennungs- und Aufreinigungsprozess des Rohgemisches, zum Beispiel durch Säulenchromatographie, negativ ins Gewicht. Außerdem wird die Kultur durch Zentrifugieren oder Zugabe des organischen Lösemittels abgestoppt. Diese Vorgehensweise ist somit nur für Forschungszwecke geeignet, bei denen eine Identifikation mehrerer Produkte von Interesse ist.
    • • Ein Fortschritt gegenüber dieser Vorgehensweise ist es, statt dieses Extraktionsprozesses eine Filtration des gesamten Kulturmediums an einem Absorberharz vorzunehmen und die gewünschten Produkte mit wesentlich geringeren Volumina an organischen Lösemitteln zu eluieren (Aufkonzentrierung und Anreicherung). Das Absorberharz kann direkt dem Medium der Fermenterkultur zugesetzt werden, darf jedoch das Wachstum der Mikroorganismen nicht negativ beeinflussen. Verwendet werden z. B. Polystyrol-Divinylbenzol-Harze, die auch eine hohe Hydrophobizität zur Aufnahme der Wirkstoffe oder Metaboliten aufweisen. Durch den Einsatz des Harzes können Materialkosten und Energie eingespart, die Ausbeute an den gewünschten Produkten gesteigert und die gebildeten Metabolite durch die Absorption und enge Bindung vor einem Abbau oder einer weiteren Metabolisierung durch die produzierenden Mikroorganismen geschützt werden. Von Nachteil ist, dass mit dem Harz auch die Zellen abgetrennt werden, was ein Abstoppen des Reaktorprozesses zur Folge hat.
    • • Auch mit der gesteigerten Produktion des gewünschten Metaboliten durch genetisch veränderte Mikroorganismen oder Optimierung der Bedingungen stellt sich das Problem, dass ab einer bestimmten Konzentration auch das Wachstum der betreffenden Mikroorganismen gestört oder gar inhibiert werden kann (Feedback-Inhibition), was sich dementsprechend störend oder inhibierend auf die Biosynthese auswirkt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiterzuentwickeln, dass es effektiver und damit kostengünstiger wird. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Bioreaktor zu entwickeln, mit dem eine effektivere Produktion des zu gewinnenden Naturstoffs möglich wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch einen Bioreaktor mit den Merkmalen des Nebenanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
  • Das vorgeschlagene Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes durch Synthese in einem Bioreaktor, bei dem der Naturstoff als Stoffwechselprodukt oder Fermentationsprodukt in einem Kulturmedium erzeugt wird, das in dem Bioreaktor enthalten ist und ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen umfasst, wobei der erzeugte Naturstoff mit Hilfe eines sorbierenden Materials extrahiert wird, sieht also vor, dass als sorbierendes Material mindestens ein molekular geprägtes Polymer verwendet wird, wobei das Kulturmedium während des Extrahierens weiter den Naturstoff erzeugt.
  • Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht also darin, z. B. in einem Bypass des Bioreaktors oder in dem Kulturmedium selbst statt eines unselektiven Absorbers spezifisch bindende molekular geprägte Polymere einzusetzen. Das vorgeschlagene Verfahren und der entsprechende Bioreaktor Vorrichtung machen damit von der Möglichkeit Gebrauch, Metabolite oder Reaktionsprodukte aus Fermentern oder Bioreaktoren selektiv zu entfernen, anzureichern und aufzureinigen.
  • Ferner ist das Verfahren auch deshalb sehr effektiv, weil das Kulturmedium auch während des Extrahierens weiter den Naturstoff erzeugt, also eine kontinuierliche Produktion ohne Unterbrechung der Erzeugung des Naturstoffs in dem Kulturmedium ermöglicht.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht also die Einführung von Selektivität bei der Rückgewinnung von Reaktionsprodukten aus biotechnologischen Prozessen mittels eines Verfahrens mit mehreren Varianten, die alle als zentrales Element den Einsatz einer spezifisch sorbierenden Komponente aufweisen. Gegenüber existierender unspezifischer Absorbermaterialien wird das Zielprodukt durch selektive Bindung an die Bindungsstellen im molekular geprägten Polymer (MIP) besser von den Inhaltsstoffen des Nährmediums oder Nebenprodukten abgetrennt, effektiver aus dem Prozess entfernt und die Produktausbeute gegebenenfalls gesteigert.
  • Als spezifisch sorbierende Komponente werden so genannte molekular geprägte Polymere oder MIPS verwendet. Darunter versteht man stark quervernetzte synthetische feste Polymere mit definierten Kavitäten (imprints), die mit Hilfe von ausgewählten Zielmolekülen als Templat- oder Printmoleküle oder deren Moleküleinheiten bzw. funktionellen Gruppen oder Zielmolekülanaloga hergestellt werden.
  • Die Aufnahme von Zielverbindungen durch die molekular geprägten Polymere oder MIPs kann mittels Adsorption (Anlagerung) an der Oberfläche ebenso wie durch Absorption (Einlagerung) im Inneren des Materials erfolgen. Daher wird hier allgemein von "Sorption" oder "Sorbieren" gesprochen.
  • Der Unterschied der vorliegenden Erfindung zum Stand der Technik liegt also in der Verwendung von molekular geprägten Polymeren zum kontinuierlichen Entfernen des Produkts aus dem laufenden Fermentationsprozess im präparativen Maßstab und zur gleichzeitigen und nicht nachgeschalteten Aufreinigung der Zielsubstanz durch Abtrennung von den Nebenprodukten und den Inhaltsstoffen des Nährmediums.
  • Der entsprechende Bioreaktor oder Fermenter zum Gewinnen des Naturstoffes durch Synthese, der das Kulturmedium zum Erzeugen des Naturstoffs als Stoffwechselprodukt oder Fermentationsprodukt enthält, wobei das Kulturmedium ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen umfasst, und der ferner ein sorbierendes Material zum extrahieren des erzeugten Naturstoffes enthält, ist dementsprechend so ausgeführt, dass das sorbierende Material mindestens ein molekular geprägtes Polymer umfasst, wobei der Bioreaktor ferner eingerichtet ist zum Extrahieren des Naturstoffs ohne Unterbrechung einer Erzeugung des Naturstoffs in dem Kulturmedium.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass sich das sorbierende Material in mindestens einem Bypass des Bioreaktors befindet, durch den das Kulturmedium oder ein von festen Bestandteilen getrennter Teil des Kulturmediums mit dem erzeugten Naturstoff geleitet wird. Um ein Unterbrechen der Biosynthese durch das Extrahieren des zu gewinnenden Naturstoffs zu verhindern und so eine kontinuierliche Produktion zu erreichen, kann das Kulturmedium oder ein von festen Bestandteilen – beispielsweise von den Mikroorganismen, bei denen es sich um Zellen handeln kann – getrennter Teil des Kulturmediums dann kontinuierlich durch den Bypass des Bioreaktors geleitet werden, in dem die Extraktion der produzierten Metabolite durch das mindestens eine molekular geprägte Polymer erfolgt. Je nach Art und Struktur der entstehenden Naturstoffe oder Fermentationsprodukte kann auch eine Isolierung und Abtrennung mittels Ionenaustauschchromatographie durchgeführt werden. Um das Kulturmedium von den festen Bestandteilen zu trennen und damit das Extrahieren mittels des molekular geprägten Polymers zu erleichtern, kann es gefiltert wird, bevor ein gefilterter Teil des Kulturmediums durch das sorbierende Material geleitet wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass sich das sorbierende Material in mindestens zwei Kammern oder Säulen in dem mindestens einen Bypass befindet, wobei abwechselnd ein in der einen der Kammern oder Säulen bereits sorbierter Teil des Naturstoffs eluiert wird, während die mindestens eine andere Kammer oder Säule zum Sorbieren verwendet. Das erleichtert die kontinuierliche Gewinnen des Naturstoffes.
  • Vorzugsweise wird das Nährmedium dem Bioreaktor kontinuierlich zugeführt, während ihm ein von festen Bestandteilen getrennter Teil des Kulturmediums entnommen wird. Dabei kann das Zuführen zumindest teilweise aus dem Bypass geschehen, indem bereits durch Eluieren vom erzeugten Naturstoff befreites Nährmedium wieder in eine Hauptkammer oder einem Reaktionsraum des Bioreaktors zurückgeführt wird.
  • Verfahren kann noch effektiver gestaltet werden, wenn das sorbierende Material mit Wasser oder einer wässrigen Lösung oder einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gewaschen wird, bevor ein bereits sorbierter Teil des Naturstoffs aus dem sorbierenden Material eluiert wird.
  • Die für die vorliegende Erfindung verwendeten molekular geprägten Polymere unterscheiden sich von unspezifischen Polymeren in der Ausbildung zielmolekülspezifischer Hohlräume oder Kavitäten. Ein Verfahren zur Herstellung der MIPs, bei dem es sich um eine Prägeprozedur handelt, kann allgemein folgende Schritte umfassen:
    • • eine über spezifische Wechselwirkungen erfolgende Komplexbildung eines in einem geeigneten Lösemittel (Porogen) gelösten Printmoleküls (Templatmoleküls) oder von dessen Moleküleinheiten bzw. funk tionellen Gruppen mit einem sogenannten funktionellen Monomer oder mehreren funktionellen Monomeren,
    • • gefolgt von dem Polymerisationsschritt zusammen mit einem Quervernetzer zum Aufbau eines Netzwerks von Kavitäten definierter Größe und spezifischer Bindungsstellen und Bindungsmuster in definierten Abständen
    • • und schließlich einem Auswaschen des Templatmoleküls.
  • Bei dem funktionellen Monomer handelt es sich dabei um eine polymerisierbare Einheit, die mit dem Printmolekül wechselwirkt, wobei das Templat-Monomer-Molverhältnis vorzugsweise zwischen 4:1 und 1:20 liegt. Der erwähnte Quervernetzer ist eine Einheit mit zwei oder mehr Verknüpfungsmöglichkeiten mit den funktionellen Monomeren. Das Templat-Quervernetzer-Molverhältnis liegt vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:200.
  • Das mindestens eine molekular geprägte Polymer kann insbesondere ein Copolymer sein, das herstellbar ist aus einem Gemisch, umfassend
    • • eine erste Komponente enthaltend ein Monomer oder Mischungen von Monomeren aus der Gruppe: Acrylsäure, Methacrylsäure, Trifluormethacrylsäure, Vinylbenzoesäure, Itaconsäure, Amide dieser Säuren, andere Carbonsäuren und deren Amide; Acrylamidomethylpropansulfonsäure und andere Sulfonsäuren; substituierte oder unsubstituierte Vinylpyridine, Vinylpyrimidine, Vinylpyrazole, Vinylimidazole, Vinyltriazine, Vinylpurine, Vinylindole, Vinylchinoline, Vinylacridine, Vinylphenanthridine, Bis(acrylamido)pyridin und andere heteroaromatische oder schwache Basen; substituierte oder unsubstituierte Styrole, Vinylnaphthaline, Vinylnaphthalincarbonsäuren, Vinylnaphthole, Vinylanthracene, Vinylanthracencarbonsäuren, Vinylphenanthrene, Vinylphenanthrencarbonsäuren, Vinylbenzamidin und andere aliphatische oder aromatische Vinylderivate; Acryloylamino-benzamidin, (Amidinoalkyl)-styrole mit Methyl, Ethyl oder Propyl als Alkyl, N-Acryloyl-(amidinoalkyl)-anilin; Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und andere Vinylderivate mit chelatbildenden Gruppen zum Komplexieren von Metallionen; Silane;
    • • eine zweite Komponente enthaltend einen Quervernetzer oder Mischungen von Quervernetzern aus der Gruppe: Isomere von Divinylbenzol, Bis(acryloyl)-alkane mit Ethan, Propan, Butan als Alkan; Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA) und Trimethylolpropantrimethacrylat (TRIM) und andere auf Acrylsäure oder Methacrylsäure basierende Systeme; Pentaerythritoltriacrylat (PETRA) und Pentaerythritoltetraacrylat (PETER) und andere Tri- und Tetrafunktionale Acrylat-Quervernetzer; Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoffen über Methylenspacer oder andere aliphatische Spacer, Phenylenspacer oder andere aromatische Spacer oder Pyridinylspacer oder andere heteroaromatische Spacer miteinander verknüpft sind;
    • • Printmoleküle zur Definition von Kavitäten;
    • • ein Lösungmittel oder Porogen.
  • Dazu wird das Copolymer durch radikalische und/oder ionische Polymerisation gewonnen, wobei die Printmoleküle nach Abschluss der Polymerisation ausgewaschen werden, um die gewünschten Kavitäten zu bilden, die durch Auswahl entsprechende Printmoleküle oder Templatmoleküle maßgeschneidert werden können abhängig davon, was für ein Naturstoff sorbiert werden soll. Der Begriff Copolymer ist hier weit zu verstehen und soll die Möglichkeit eingeschließen, dass die oben genannte erste Komponente und/oder die zweite (quervernetzende) Komponente unter Umständen auch jeweils verschiedene Monomere enthalten.
  • Die erwähnten Printmoleküle können Moleküle sein, die
    • • aromatische Einheiten wie z. B. Benzol- oder Naphtalineinheiten enthalten,
    • • heterocyclische und/oder heteroaromatische Einheiten enthalten, z. B. Pyrrole, Furane, Thiophene, Pyrane, Oxazole, Thiazole, Indole, Chinoline, Chromane und andere Heterocyclen,
    • • Ester-, Amid-, Amino-, Carboxy-, Keto-, Oxo-, Etter-, Methoxy- Ethoxy-, Hydroxygruppen enthalten,
    • • ausgedehntere mono-, bi- oder tricyclische Strukturen mit mindestens 8 Ringgliedern enthalten,
    • • Spirogruppen enthalten,
    • • Struktureinheiten mit konjugierten Doppelbindungen enthalten,
    • • Terpenstrukturen enthalten,
    • • Steroidstrukturen enthalten,
    • • lineare oder cyclische Peptidsequenzen enthalten, beispielsweise Proteine oder Ezymderivate,
    • • Fette oder Fettsäuren enthalten oder
    • • lineare oder cyclische, lang- oder kurzkettige Kohlenhydratstrukturen enthalten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Bioreaktors in einer Ausführung der Erfindung.
  • Der in 1 dargestellte Bioreaktor weist einen als Reaktionsraum dienenden Rührkessel 1 mit einem über einen Motor 2 angetriebenen Rührwerk auf. Dieser Reaktionsraum enthält ein Kulturmedium zum Erzeugen eines Naturstoffes, wobei das Kulturmedium ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen (Biomasse) umfasst. Ferner weist der Bioreaktor einen Bypass auf, der von einem Auslass 3 des Rührkessels 1 zu einem Einlass 4 des Rührkessels 1 führt. Der Auslass 3 kann sich, wie hier gezeigt, oben seitlich am Rührkessel befinden oder alternativ unten seitlich oder in einem Kesselboden befinden. In dem Bypass, in dessen Verlauf mehrere Dreiwegeventile 5 geschaltet sind, befindet sich ein sorbierendes Material, das in zwei Filtervorrichtungen 6 enthalten ist. Diese Filtervorrichtungen 6 sind hier als waagerecht orientierte Säulen ausgeführt, wobei die Säulen selbstverständlich auch vertikal angeordnet sein können. Als sorbierendes Material enthalten dies Säulen ein oder mehrere selektive geprägte Polymermaterialien zum sorbieren des erzeugten Naturstoffs, eventuell auch für mehrere relevante Reaktionsprodukte.
  • Im vorliegenden Beispiel sind in den Filtervorrichtungen 6 hinter jeweils einem Filter 7 ein erstes MIP 8, ein zweites MIP 9 und ein drittes MIP 10 untergebracht, durch die ein durch Vorfilter 11 von der Biomasse abgetrennter Teil des Kulturmediums geführt wird. Dazu wird dieser Teil des Kulturmediums durch den Bypass hindurchgeleitet, wobei durch eine ent sprechende Ansteuerung der Dreiwegeventile 5 (das Bezugszeichen 5 ist hier der Übersichtlichkeit halber nur bei einigen dieser Ventile eingefügt) jeweils eine der zwei parallel durchströmbaren Säulen passiert wird. Dadurch können die zwei Säulen in einem Parallelmodus beladen und eluiert werden. Während also die eine Säule beladen wird, indem der Naturstoff dort von den MIPs 8, 9 und 10 sorbiert wird und ein Rest des Kulturmediums wieder dem Rührkessel 1 zugeführt wird, wird der bereits sorbierte Naturstoff aus der jeweils anderen Säule eluiert. Dazu wird eine Elutionsflüssigkeit 12 durch die Filtervorrichtung 6 geleitet, die gerade nicht beladen wird. Der Naturstoff sammelt sich dann als Eluat 13 hinter den Filtervorrichtungen 6. Die Produktion des Naturstoffs kann so kontinuierlich erfolgen, insbesondere ohne Unterbrechung der Reaktion im Rührkessel 1. Zusätzlich können sowohl die Filtervorrichtungen 6 als auch die Vorfilter 11 mit Wasser durchströmt werden, das von einem Wassertank 14 aus einspeisbar ist, und dadurch gereinigt werde. Abfall sammelt sich dann in Abwasserbehältern 15.
  • Schließlich sind in der 1 auch eine Pumpe 16 zum Befördern des gefilterten Teils des Kulturmediums durch den Bypass sowie weitere Pumpen 17 zu erkennen. Die Pumpe 16 könnte selbstverständlich auch an anderer Stelle im Verlauf des Bypasses angeordnet sein, beispielsweise zwischen den Vorfiltern 11 und den Filtervorrichtungen 6 oder schon vor den Vorfiltern 11, also an oder unmittelbar hinter dem Auslass 3. Auch müssen nicht unbedingt alle der weiteren Pumpen 17, die insbesondere dem Transport der Elutionsflüssigkeit 12 bzw. des Eluats 13 dienen, vorhanden sein, um ein Funktionieren des Bioreaktors mit dem als Ernteeinheit dienenden Bypass zu gewährleisten.
  • Die Vorfilter 11 dienen zum Ausfiltern der beispielsweise durch Zellen gegebenen Biomasse und haben typischerweise eine porosität im Mikrometerbereich. Anstelle dieser Vorfilter 11 kann bei anderen Ausführungen der Erfindung auch ein entsprechender Filter in den Reaktionsraum, hier also in den Rührkessel 1, integriert sein, der dort vor dem Auslass 3 angeordnet sein kann. Eine andere Alternative sieht vor, dass im Kulturmedium enthaltene Zellen dadurch am Passieren des Bypasses gehindert werden, dass das Kulturmedium im Bereich des Auslasses 3 lokal mit Ultraschall beaufschlagt wird, was dort zu einem Ausflocken oder Ausfallender Biomasse führt, die dadurch an einem Verlassen des Reaktionsraums gehindert wird.
  • Beispielhaft wird das skizzierte Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes nachfolgend noch detaillierter beschrieben. Dabei ist der Aufbau aus hier in Bezug genommene 1 nur als Beispiel zu verstehen. Die spezifisch sorbierenden molekular geprägten Polymere können alternativ auch in eine bereits kommerziell erhältliche Produktentnahmeeinheit oder Ernteeinheit eines kontinuierlichen Prozesses integriert werden.
  • Das Verfahren wird in dem Bioreaktor durchgeführt, dessen Reaktionsraum mit Nährmedium befüllt und mit einer Vorkultur der speziell herangezüchteten Mikroorganismen oder Zellen geimpft wird, so dass die Organismen, Zellen, Enzyme oder das Mycel einer Flüssigkeit bzw. Dispersion verteilt sind, die ein Kulturmedium bildet. Die Befüllung mit Nährmedium/Nährsubstanzen kann auf einmal (Batch-Prozesse), sukzessive (Fed-Batch-Prozesse) oder kontinuierlich erfolgen. Ein bestimmter Sauerstoffdruck oder eine bestimmte Konzentration an gelöstem Sauerstoff wird durch Zudosierung oder Regulierung der Rührgeschwindigkeit eingestellt und mittels Sonden in Medium und Abluft überprüft, ebenso der CO2-Gehalt in der Abluft. Außerdem wird die Temperatur durch Heiz- und Kühlkreisläufe geregelt. Der pH-Wert wird automatisch mittels an den pH-Sensor gekoppelten Pumpen kontrolliert und kann auch über die Fütterungsrate der Substrate (Zucker, Aminosäuren, Polyalkohole, Carbonsäureanionen und andere Kohlenstoff-, Stickstoff- und evtl. Phosphorquellen) erreicht werden. Das Wachstum kann durch UV-Vis-Detektion verfolgt werden.
  • Das geprägte Sorbens-Polymer kann bei einfachen Ausführungen der Erfindung direkt dem Medium der Fermenterkultur zugesetzt werden, aus dem selektiv die produzierten oder abgesonderten Metabolite akkumulativ gebunden und kontinuierlich entfernt werden. Das Polymer wird dann durch Sieben oder Zentrifugieren vom Kulturmedium abgetrennt, gewaschen und mit einer nur kleinen Menge an Lösemittel desorbiert oder extrahiert, welches dann zum Trocknen eingedampft und aufkonzentriert wird.
  • Vorzugsweise befindet sich das molekular geprägte Polymer aber, wie bei der in 1 gezeigten Ausführung, in einem Bypass des Fermenters und dort in einer Kammer oder in Säulen, durch die das zentrifugierte oder anderweitig von den festen Bestandteilen abgetrennte Fermenterkulturmedium durchgeleitet oder -gepumpt wird, wobei die produzierten Metabolite (der zu gewinnende Naturstoff) selektiv am Absorbermaterial haften bleiben (bleibt). Dadurch ist eine kontinuierliche Extraktion des Produkts (oder von Nebenprodukten) durch MIP aus dem laufenden Fermentationspro zess möglich, ohne diesen dabei abzubrechen.
  • Zur Rückgewinnung worden die Wirkstoffe dann vom gewaschenen Sorbens desorbiert oder eluiert und das Eluat zum Trocknen eingedampft und aufkonzentriert.
  • Bei der in 1 dargestellten Säulenvariante werden die MIPs in zwei Säulen gefüllt, die in einem Parallelmodus beladen und eluiert werden: Während an der einen die Sorption stattfindet, wird die andere simultan desorbiert und umgekehrt, so dass der Fluss an umgeleitetem Kulturmedium konstant gehalten werden kann.
  • Vor der Elution der Zielwirkstoffe sollten die beladenen Polymere zur Abtrennung der zu einem gewissen Anteil mit aufgenommenen Nährmediumssubstanzen oder Nebenprodukte mit Wasser oder wässrigen Lösungen, geeigneten organischen Lösemitteln oder Lösemittelgemischen gewaschen werden.
  • Die Freisetzung, Elution oder Desorption der bevorzugt aufgenommenen Zielmetaboliten erfolgt mit geeigneten Lösemitteln oder Lösemittelgemischen. Zur Anwendung können Wasser, alle denkbaren wässrigen Lösungen und organischen Lösemittel kommen, auch in Mischungen untereinander und mit Wasser und auch mit gelösten organischen oder anorganischen Verbindungen.
  • Die Freisetzung des bevorzugt aufgenommenen Stoffes beziehungsweise der Stoffgruppe sowie die Abtrennung der mit aufgenommenen Fremdsubstanzen kann auch durch eine kontinuierliche Elution mit den oben erwähnten geeigneten Lösemitteln oder Lösemittelgemischen erfolgen.
  • Zur Abtrennung der Zellen oder anderer fester Bestandteile aus dem Fermenterkulturmedium kann eine Membran oder ein Filter aus den verschiedensten Materialien wie z. B. Cellulose, Polypropylen etc. verwendet werden, deren Porengröße sich im Mikrometerbereich bewegt und die es Inhaltsstoffen des Kulturmediums von geringerem Molekulargewicht (so auch den Zielmetaboliten) erlaubt, in die mit MIP befüllte Kammer oder Säule des Bypasses hineinzudiffundieren, um dort mit den MIP in Kontakt zu kommen. Diese Membran kann auch schon direkt mit als Membran vorliegenden MIP gekoppelt sein oder aus geprägtem Polymer bestehen.
  • Die Variante des Verfahrens, bei der sich das molekular geprägte Polymer in einem Bypass des Fermenters befindet, bietet sich besonders für kontinuierliche Bioreaktorprozesse an, bei denen ein steter Zulauf an Nährmedium bzw. -substanzen und ein gleichgroßer Ablauf an Fermenterkulturmedium stattfindet. Das Nährmedium kann dann wieder in den Reaktionsprozess zusammen mit frischem Nährmedium zurückgeführt werden. Denkbar ist aber auch bei den hier beschriebenen kontinuierlichen Reaktorverfahren der Zusatz der MIP direkt zum Medium.
  • Bei den batch- oder fed-batch-Befüllungsverfahren wird der Reaktor nach einer bestimmten Reaktions- oder Wachstumszeit im allgemeinen wieder komplett entleert, da die Nährstoffe aufgebraucht sind und eine bestimmte Konzentration an Produkt(en) sich negativ auf das Wachstum der betreffenden Mikroorganismen auswirken kann, so dass der Produktionsprozess ein Gleichgewicht erreicht. Molekular geprägte Polymere, die direkt ins Kulturmedium eingebracht werden, können nach Aufnahme der relevanten Metaboliten aus dem Reaktor wieder entfernt und der Reaktionsprozess nach erneuter Zudosierung von Nährmedium bzw. -substanzen weiter am Laufen gehalten werden, was ein erneutes Ansetzen der z. T. schwer zu kultivierenden Biomasse einspart.
  • Das hier vorgeschlagene Verfahren kann zur selektiven Entfernung, Aufreinigung und Anreicherung von Metaboliten, die von Organismen oder genetisch manipulierten Organismen produziert werden, aus Fermentern oder Bioreaktoren angewendet werden. Als Beispiele für die Anwendung des Verfahrens wären neben weiteren Bereichen zu nennen:
    • • in der pharmazeutischen und Kosmetikindustrie die biotechnologische Herstellung medizinisch-pharmakologischer hochreiner Produkte wie z. B. moderner Insuline, Antibiotika, Krebstherapeutika oder ähnlich biologisch aktiver Wirkstoffe, auch von Arzneimitteln wie Aspirin (Acetylsalicylsäu re),
    • • Glykoproteine, Steroide etc.,
    • • Einsatz bei der Herstellung/Anreicherung von Feinchemikalien, Vitaminen, Aminosäuren, Proteinen für menschliche Nahrungsmittel oder Tierfutter,
    • • Einsatz bei der Herstellung von Ethanol, Zitronensäure, Milchsäure, Süßstoffen, Aceton, Butanol, Lysin, Polysacchariden u. a. für biologisch abbaubare Polymere,
    • • zur unterstützenden Steuerung durch Entfernen von Nebenprodukten von biotechnologischen Prozessen allgemein z. B. in der Nahrungsmittelindustrie,
    • • zur Unterstützung von Abbauprozessen in dezentralen Reaktoren, die im Umweltbereich eingesetzt werden und die sich biologischer Prozesse bedienen,
    • • Antikörper, insbesondere monoclonale Antikörper oder Antikörperbestandteile oder engineerten Antikörper (antibody engineering Produkte).
  • Das hier vorgeschlagene Verfahren hat gegenüber vergleichbaren herkömmlichen Verfahren aufgrund des Einsatzes von MIP als Absorber insbesondere folgende Vorteile:
    • • Nur die ausgewählte Zielverbindung bzw. -verbindungsklasse wird spezifisch aus dem Kulturmedium aufgenommen, wodurch eine Verlängerung der Betriebsdauer der selektiven Filterkomponente ermöglicht werden kann.
    • • Absorption von Metaboliten im Spurenbereich wird möglich, da die Möglichkeit gegeben ist, gegenüber unspezifischen Absorbern die Bindungskonstante für eine Zielsubstanz durch maßgeschneiderte Bindungsmuster und korrekte Organisation in den molekular geprägten Bindungsstellen zu erhöhen.
    • • Im Gegensatz zum unspezifischen Absorber wird das Zielprodukt durch selektive Bindung an die Bindungsstellen im MIP besser von den Inhaltsstoffen des Nährmediums abgetrennt.
    • • Eine kontinuierliche spezifische Aufnahme und Entfernung eines oder mehrerer Produkte aus dem Prozess erhöht die Produktausbeute.
    • • Es ergibt sich die Möglichkeit der direkten oder indirekten Steuerung der Produktzusammensetzung oder Bildung neuer Produktanaloga durch selektive Entfernung aus dem Gleichgewicht.
    • • Eine sterile Handhabung durch automatisiertes gezieltes Extrahieren der gewünschten Produkte wird erleichtert.
    • • Eine Erfüllung der strengen FDA-, GMP- und anderer Normen wird erleichtert.
    • • Ein flexibler Einsatz von individuell maßgeschneiderten MIPS für eine große Anzahl von verschiedenen biologisch aktiven Substanzen wird möglich.
    • • Anders als bei einer Verwendung einfacher Polystyrol-Divinylbenzol-Harze als Absorber können von den MIPs auch hydrophile Bindungsstellen für Wirkstoffe bereitgestellt werden.
    • • Eine Regeneration und Wiederverwendung der selektiven Filterkomponente wird ermöglicht.
    • • Eine Variierung und Anpassung des Systems an die jeweils vorliegende Abtrennungsproblematik ist möglich.
    • • Vorteilhaft ist die mechanische und chemische (z. B. PH) Stabilität der verwendeten MIPs.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung von molekular geprägten Polymeren im Zusammenhang mit der selektiven Entfernung von Stoffen aus Bioreaktoren sowie das gesamte oben vorgestellte Verfahren, bei dem sich das molekular geprägte Polymer entweder direkt im Reaktor oder in einem Bypass des Fermenters befindet, mit den genannten Aufnahme gegebenenfalls Trenn-, Wasch-, Desorptions- oder Elutionsschritten, und den jeweils verwendeten Materialien, Reagenzien, Anordnungen oder Verfahren. Die benötigten molekular geprägten Polymere können gewonnen werden durch die Auswahl und Modifikation von funktionellen Monomeren bzw. einem Gemisch aus funktionellen Monomeren, von Quervernetzern bzw. einem Gemisch aus Quervernetzern, von Porogen oder Porogengemischen sowie von Radikalstartern für bestimmte Zielmetaboliten oder deren Derivate und durch die Erstellung eines geeigneten Wasch- und Aufreinigungsprotokolls für neu hergestellte Polymere. Auch können neuartige funktionelle Monomere für diese Zwecke hergestellt werden.
  • Typische verwendete funktionelle Monomere (polymerisierbare Einheit, die mit dem Printmolekül wechselwirkt) können sein:
    Carbonsäuren (Acrylsäure, Methacrylsäure, Trifluormethacrylsäure, Vinylbenzoesäure, Itaconsäure) sowie deren Amide, Sulfonsäuren (Acrylamidomethylpropansulfonsäure),
    heteroaromatische bzw. schwache Basen wie substituierte oder unsubstituierte Vinylpyridine, Vinylpyrimidine, Vinylpyrazole, Vinylimidazole, Vinyltriazine, Vinylpurine, -indole, -chinoline, -acridine, -phenanthridine, Bis(acrylamido)pyridin,
    aliphatische oder aromatische Vinylderivate wie substituierte oder unsubstituierte Styrole, Vinylnaphthaline, Vinylnaphthalincarbonsäuren, Vinylnaphthole, Vinylanthracene, Vinylanthracencarbonsäu ren, Vinylphenanthrene, Vinylphenanthrencarbonsäuren und ähnliche kondensierte Aromaten, Vinylbenzamidin, Acryloylamino-benzamidin, (Amidinoalkyl)-styrole (-alkyl: -methyl, -ethyl, -propyl), N-Acryloyl-(amidinoalkyl)-anilin, Vinylderivate mit chelatbildenden Gruppen (Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure u. ä.) zum Komplexieren von Metallionen, Silane sowie auch
    Mischungen genannter Monomere.
  • Auch andere funktionelle Monomere können zum Einsatz kommen wie zum Beispiel komplexere Monomere, in denen mehrere funktionelle Gruppen (gleiche oder verschiedene) miteinander verknüpft vorliegen.
  • Als Quervernetzer (Einheit mit zwei oder mehr Verknüpfungsmöglichkeiten mit den funktionellen Monomeren) können dienen:
    Isomere des Divinylbenzols, Bis(acryloyl)-alkane (-alkane: -ethan, -propan, -butan), Systeme basierend auf Acrylsäure oder Methacrylsäure wie zum Beispiel Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA) und Trimethylolpropan-trimethacrylat (TRIM),
    Tri- und Tetrafunktionale Acrylat-Quervernetzer wie zum Beispiel Pentaerythritoltriacrylat (PETRA) und Pentaerythritoltetraacrylat (PETER) sowie
    Quervernetzer, die funktionelle Gruppen enthalten wie zum Beispiel Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoff über über aliphatische (Methylen- u. ä.), aromatische (Phenylen- u. ä.) oder heteroaromatische (Pyridinyl- u. ä.) Spacer miteinander verknüpft sind.
  • Auch andere Quervernetzer können zum Einsatz kommen.
  • Als Porogene (Lösungsmittel, die als Solventien für die Polymerisierungsreaktion dienen und Porosität in das geprägte Polymer induzieren) können Lösemittel verschiedener Dielektrizitätskonstante verwendet worden, die Parameter wie unterschiedliche Quelleigenschaften des Polymers, unterschiedliche Morphologie des Polymers mit verschiedenen Strukturen und Porendurchmessern/Porosität oder unterschiedliche Bindungsstärken der nonkovalenten Wechselwirkungen beeinflussen. Zu nennen wären:
    aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Heptan oder Cyclohexan,
    aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Chloroform, Dichlormethan oder 1,2-Dichlorethan, ferner
    Methanol, Ethanol, Propanol und weitere kurzkettige Alkohole, Ether, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Aceton, Dimethyilformamid, Dioxan, Dimethylsulfoxid,
    auch in Mischungen untereinander und mit Wasser.
  • Als Initiatoren (Radikalstarter) können 2,2'-Azobis-isobutyronitril (AIBN), 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril) (ADVN) und andere verwendet werden, Auch die Verwendung von UV-Licht zum Initiieren ist möglich.
  • Das Gemisch zum Herstellen des molekular geprägten Polymers enthält schließlich neben den genannten Kom ponenten des funktionellen Monomers, des Quervernetzer, des Lösungsmittels und ggf. des Radikalstarters auch Printmoleküle, die auch als Templatmoleküle bezeichnet werden und die Kavitäten definieren, die in dem jeweiligen MIP entstehen sollen, damit dieses die gewünschten spezifischen Sorptionseigenschaften erhält. Für die Auswahl der Printmoleküle und die Mengenverhältnisse gilt dabei typischerweise das schon weiter oben im allgemeinen Beschreibungsteil Gesagte. Nach Abschluss der Polymerisation werden die Printmoleküle, um die herum sich das Copolymer gebildet hat, mit einem geeigneten Lösungsmittel ausgewaschen.
  • Die molekular geprägten Polymere können in folgender Form hergestellt werden bzw. nach dem Herstellungsprozess in folgenden Formen vorliegen:
    • • Herstellung von Polymermonolithen und nachfolgende Fragmentierung,
    • • Aufpfropfen des geprägten Polymers auf vorgeformte Partikel,
    • • Herstellung von Polymerkügelchen aus Suspensions-, Emulsions- oder Dispersionspolymerisation,
    • • Polymerpartikel, die an Dünnschichten oder Polymermembranen gebunden sind,
    • • Polymermembranen,
    • • Oberflächengeprägte Polymerphasen, wobei die gebildeten Komplexe der Templatmoleküle mit den funktionellen Monomeren an aktivierte Oberflächen wie zum Beispiel Silizium- oder Glasoberflächen binden und nach dem Auswaschen definierte geprägte Strukturen ergeben.
  • Das Polymer kann in eine Trennsäule, in eine Filtervorrichtung oder in eine Kammer aus Kunststoff, Glas, Edelstahl oder anderen Materialien, eingebracht wer den oder an Dünnschichten, Oberflächen unterschiedlicher Materialien oder Polymermembranen gebunden sein oder auch selbst als Membran eingesetzt werden. Alternativ können die Partikel frei in der flüssigen Phase schwimmend eingesetzt werden. Auch andere Vorrichtungen zur Aufnahme des Polymers können zum Einsatz kommen.
  • Auch eine Kombination oder sukzessive Anordnung von mehreren Sorptionsschritten mit denselben oder verschiedenen selektiven Polymermaterialien für mehrere relevante Reaktionsprodukte ist denkbar.
  • Auch die Reaktorform kann variieren. Insbesondere kann anstelle des in 1 gezeigten Rührkesselreaktors mit dem Rührkessels 1 auch ein Airlift- oder Schlaufenreaktor verwendet werden.
  • Der Strom des von den festen Bestandteilen befreite Fermenterkulturmediums kann sowohl durch die Trennsäule, Filtervorrichtung, Membran etc. hindurchgeleitet werden als auch fast parallel am sorbierenden Material vorbeigeleitet werden. Auch andere Verfahren können zum Einsatz kommen.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Gewinnen eines Naturstoffes durch Synthese in einem Bioreaktor, wobei der Naturstoff als Stoffwechselprodukt oder Fermentationsprodukt in einem Kulturmedium erzeugt wird, das in dem Bioreaktor enthalten ist und ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen umfasst, und wobei der erzeugte Naturstoff mit Hilfe eines sorbierenden Materials extrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als sorbierendes Material mindestens ein molekular geprägtes Polymer verwendet wird, wobei das Kulturmedium während des Extrahierens weiter den Naturstoff erzeugt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das sorbierende Material in mindestens einem Bypass des Bioreaktors befindet, durch den das Kulturmedium oder ein von festen Bestandteilen getrennter Teil des Kulturmediums mit dem erzeugten Naturstoff geleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das sorbierende Material in mindestens zwei Kammern oder Säulen in dem mindestens einen Bypass befindet, wobei ein in der einen Kammer oder Säule bereits sorbierter Teil des Naturstoffs eluiert wird, während die mindestens eine andere Kammer oder Säule zum Sorbieren verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bioreaktor das Nährmedium kontinuierlich zugeführt wird, während ihm ein von festen Bestandteilen getrennter Teil des Kulturmediums entnommen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sorbierende Material mit Wasser oder einer wässrigen Lösung oder einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gewaschen wird, bevor ein bereits sorbierter Teil des Naturstoffs aus dem sorbierenden Material eluiert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kulturmedium gefiltert wird, bevor ein gefilterter Teil des Kulturmediums durch das sorbierende Material geleitet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine molekular geprägte Polymer ein Copolymer ist, herstellbar aus einem Gemisch, umfassend • eine erste Komponente enthaltend ein Monomer oder Mischungen von Monomeren aus der Gruppe: Acrylsäure, Methacrylsäure, Trifluormethacrylsäure, Vinylbenzoesäure, Itaconsäure, deren Amide, andere Carbonsäuren und deren Amide; Acrylamidomethylpropansulfonsäure und andere Sulfonsäuren; substituierte oder unsubstituierte Vinylpyridine, Vinylpyrimidine, Vinylpyrazole, Vinylimidazole, Vinyltriazine, Vinylpurine, Vinylindole, Vinylchinoline, Vinylacridine, Vi nylphenanthridine, Bis(acrylamido)pyridin und andere heteroaromatische oder schwache Basen; substituierte oder unsubstituierte Styrole, Vinylnaphthaline, Vinylnaphthalincarbonsäuren, Vinylnaphthole, Vinylanthracene, Vinylanthracencarbonsäuren, Vinylphenanthrene, Vinylphenanthrencarbonsäuren, Vinylbenzamidin und andere aliphatische oder aromatische Vinylderivate; Acryloylamino-benzamidin, (Amidinoalkyl)styrole mit Methyl, Ethyl oder Propyl als Alkyl, N-Acryloyl-(amidinoalkyl)-anilin; Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und andere Vinylderivate mit chelatbildenden Gruppen zum Komplexieren von Metallionen; Silane; • eine zweite Komponente enthaltend einen Quervernetzer oder Mischungen von Quervernetzern aus der Gruppe: Isomere von Divinylbenzol, Bis(acryloyl)alkane mit Ethan, Propan, Butan als Alkan; Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA) und Trimethylolpropan-trimethacrylat (TRIM) und andere auf Acrylsäure oder Methacrylsäure basierende Systeme; Pentaerythritoltriacrylat (PETRA) und Pentaerythritoltetraacrylat (PETER) und andere Tri- und Tetrafunktionale Acrylat-Quervernetzer; Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoffen über Methylenspacer oder andere aliphatische Spacer, Phenylenspacer oder andere aromatische Spacer oder Pyridinylspacer oder andere heteroaromatische Spacer miteinander verknüpft sind; • Printmoleküle zur Definition von Kavitäten; • ein Lösungmittel, wobei die Printmoleküle nach Abschluss der Polymerisation ausgewaschen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer herstellbar ist, indem eine Polymerisation ausgelöst wird durch UV-Licht oder durch einen in dem genannten Gemisch enthaltenen Radikalstarter aus der Gruppe 2,2'-Azobis-isobutyronitril (AIBN), 2,2'-Azobis-(2,4-dimethyl-valeronitril) (ADVN).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer her stellbar ist, indem das Lösungsmittel gewählt wird aus der Gruppe: Hexan, Heptan, Cyclohexan oder andere aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe; Toluol oder andere aromatische Kohlenwasserstoffe; Chloroform, Dichlormethan, 1,2-Dichlorethan oder andere halogenierte Kohlenwasserstoffe; Methanol, Ethanol, Propanol oder andere kurzkettige Alkohole; Ether, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Aceton, Dimethyilformamid, Dioxan, Dimethylsulfoxid; Mischungen genannter Stoffe; wässrige Lösungen eines oder mehrerer genannter Stoffe.
  10. Bioreaktor zum Gewinnen eines Naturstoffes durch Synthese, wobei der Bioreaktor ein Kulturmedium zum Erzeugen des Naturstoffs als Stoffwechselprodukt oder Fermentationsprodukt enthält und wobei das Kulturmedium ein Nährmedium sowie Enzyme oder Mikroorganismen umfasst, wobei der Bioreaktor ferner ein sorbierendes Material zum extrahieren des erzeugten Naturstoffes enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das sorbierende Material mindestens ein molekular geprägtes Polymer umfasst, wobei der Bioreaktor ferner eingerichtet ist zum Extrahieren des Naturstoffs ohne Unterbrechung einer Erzeugung des Naturstoffs in dem Kulturmedium.
  11. Bioreaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Bioreaktor mindestens einen Bypass aufweist, in dem sich das sorbierende Material befindet.
  12. Bioreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bypass zum parallelen Extrahieren und Eluieren mindestens zwei parallel durchströmbare Kammern oder Säulen umfasst, in dem sich das sorbierende Material befindet.
  13. Bioreaktor nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine Pumpe (16) zum Befördern des Kulturmediums oder eines gefilterten Teils des Kulturmediums durch den mindestens einen Bypass aufweist.
  14. Bioreaktor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen einem Hauptreaktionsraum und dem mindestens einen Bypass einen Filter oder eine Membran zum Ausfiltern fester Bestandteile aus dem Kulturmedium aufweist.
  15. Bioreaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine molekular geprägte Polymer ein Copolymer ist, herstellbar aus einem Gemisch, umfassend • eine erste Komponente enthaltend ein Monomer oder Mischungen von Monomeren aus der Gruppe: Acrylsäure, Methacrylsäure, Trifluormethacrylsäure, Vinylbenzoesäure, Itaconsäure, deren Amide, andere Carbonsäuren und deren Amide; Acrylamidomethylpropansulfonsäure und andere Sulfonsäuren; substituierte oder unsubstituierte Vinylpyridine, Vinylpyrimidine, Vinylpyrazole, Vinylimidazole, Vinyltriazine, Vinylpurine, Vinylindole, Vinylchinoline, Vinylacridine, Vinylphenanthridine, Bis(acrylamido)pyridin und andere heteroaromatische oder schwache Basen; substituierte oder unsubstituierte Styrole, Vinylnaphthaline, Vinylnaphthalincarbonsäuren, Vinylnaphthole, Vinylanthracene, Vinylanthracencarbonsäuren, Vinylphenanthrene, Vinylphenanthrencarbonsäuren, Vinylbenzamidin und andere aliphatische oder aromatische Vinylderivate; Acryloylamino-benzamidin, (Amidinoalkyl)styrole mit Methyl, Ethyl oder Propyl als Alkyl, N-Acryloyl-(amidinoalkyl)-anilin; Iminodiessigsäure, Ethylendiamintetraessigsäure und andere Vinylderivate mit chelatbildenden Gruppen zum Komplexieren von Metallionen; Silane; • eine zweite Komponente enthaltend einen Quervernetzer oder Mischungen von Quervernetzern aus der Gruppe: Isomere von Divinylbenzol, Bis(acryloyl) alkane mit Ethan, Propan, Butan als Alkan; Ethylenglykoldimethacrylat (EDMA) und Trimethylolpropan-trimethacrylat (TRIM) und andere auf Acrylsäure oder Methacrylsäure basierende Systeme; Pentaerythritoltriacrylat (PETRA) und Pentaerythritoltetraacrylat (PETER) und andere Tri- und Tetrafunktionale Acrylat-Quervernetzer; Acrylamideinheiten, die an den Amidstickstoffen über Methylenspacer oder andere aliphatische Spacer, Phenylenspacer oder andere aromatische Spacer oder Pyridinylspacer oder andere heteroaromatische Spacer miteinander verknüpft sind; • Printmoleküle zur Definition von Kavitäten; • ein Lösungmittel, wobei die Printmoleküle nach Abschluss der Polymerisation ausgewaschen werden.
  16. Bioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer herstellbar ist, indem eine Polymerisation ausgelöst wird durch UV-Licht oder durch einen in dem genannten Gemisch enthaltenen Radikalstarter aus der Gruppe 2,2'-Azubis-isobutyronitril (AIBN), 2,2'-Azobis-(2,4-dimethyl-valeronitril) (ADVN).
  17. nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer herstellbar ist, indem das Lösungsmittel gewählt wird aus der Gruppe: Hexan, Heptan, Cyclohexan oder andere aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffe; Toluol oder andere aromatische Kohlenwasserstoffe; Chloroform, Dichlormethan, 1,2-Dichlorethan oder andere halogenierte Kohlenwasserstoffe; Methanol, Ethanol, Propanol oder andere kurzkettige Alkohole; Ether, Acetonitril, Tetrahydrofuran, Ethylacetat, Aceton, Dimethyilformamid, Dioxan, Dimethylsulfoxid; Mischungen genannter Stoffe; wässrige Lösungen eines oder mehrerer genannter Stoffe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111699264B (zh) * 2018-02-13 2023-04-14 花王株式会社 发酵产物的制造方法

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