Laufende Forschungsprojekte

System-Bioprozesstechnik

Die ganzheitliche Betrachtung von metabolischen Pathways, Mikroorganismen oder biotechnologischer Prozessen wird durch die Erstellung mathematischer Modelle sowie deren Simulation und Analyse unterstützt. Die Modelle unterscheiden sich dabei zwar in Art (z.B. lineare Gleichungssysteme oder Differentialgleichungssysteme, …) und Umfang (von einigen wenigen bis zu mehreren tausend Gleichungen), dennoch haben sie das Ziel gemeinsam, wesentliche Parameter biotechnologischer Prozesse zu optimieren. Folgende Ansätze sind besonders geeignet dieses Ziel zu erreichen:

Stofffluss- und Pathwayanalysen
Die Enumeration aller möglichen Pfade innerhalb eines metabolischen Netzwerkes, die Bestimmung optimaler Ausbeuten sowie die Analyse thermodynamischer Eigenschaften von Pathways sind einige Fragestellungen die mit Hilfe von stöchiometrischen Netzwerkanalysen bearbeitet werden können. Ebenso kann mit Hilfe von 13C-Markierungsexperimenten quantifiziert werden, welche Pfade bei welchen Umweltbedingungen eine wesentliche Rolle spielen.
 
Metabolic Engineering / Rationales Stammdesign

Die Identifizierung geeigneter genetischer Interventionen zur zielgerichteten Optimierung von Mikroorganismen ist ein Ziel des Metabolic Engineering. Die Stoffflüsse innerhalb der Zellen sollen dabei so umgelenkt werden, dass je nach Anwendung eine Steigerung der Produktausbeute oder der spezifischen Produktivität, d.h. des Stoffumsatzes erreicht werden kann. Die Vielzahl aller möglichen Interventionskombinationen kann experimentell nicht untersucht werden, so dass mathematische Modellierung die Basis zur Bestimmung von Interventionsstrategien darstellen.
 
Modellierung und Analyse biotechnologischer Prozesse
Wie die geänderten Eigenschaften der so optimierten Mikroorganismen die globale Performance des biotechnologischen Prozesses beeinflussen, muss durch Modellierung und Analyse der zugehörigen Prozessmodelle sorgfältig analysiert werden. Ziel ist es, verschiedene Prozessdesigns wie z.B. einstufige (simultanes Zellwachstums und Produktbildung) oder zweistufige (auf eine Wachstums- folgt eine Produktionsphase) in Hinblick auf wesentliche Prozessparameter zu untersuchen und modellgestützte Entscheidungshilfen für den geeigneteren Prozess zu erzeugen.


Publikationen

Alle einblenden