Freitag, 27. Mai 2022

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Was machen die Mikroorganismen?

Technik. - So genannte "Fermenter" oder "Bioreaktoren" spielen in der Biotechnologie eine zentrale Rolle. In ihnen werden Mikroorganismen zur Produktion eingesetzt. Bislang gibt es leider nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten, die Produktivität dieser mikroskopisch kleinen Akteure zu messen. Auf der Biotechnica in Hannover stellt ein Unternehmen zusammen mit der TU Dresden ein neues Messverfahren vor, das die Aktivität der Mikroorganismen in vielfältiger Weise präziser untersuchen kann.

Von Michael Engel | 18.10.2005

Kontinuierlich entnimmt eine Pumpe die Probenflüssigkeit aus dem Bioreaktor und leitet sie durch eine gläserne Küvette, die innen kaum dicker ist als ein menschliches Haar. Trotz dieses extrem geringen Durchmessers strömen mehrere 1000 Zellen pro Sekunde an einem bläulich leuchtenden Laserstrahl vorbei. Die Zellen lenken den Laserstrahl ab - so genanntes Streulicht entsteht - das sehr unterschiedliche Informationen über die Hefezellen enthält.

"Das ist das so genannte "Kleinwinkelstreulicht" Diese Lichtmenge mißt man und das ist eine Information über die Zellgröße. Wenn man Streulicht seitwärts zur Einstrahlrichtung mißt, erhält man die so genannte Seitwärtsstreulicht-Information. Und das ist ein Maß für die innere Struktur der Zelle, eine Informationen über den Aufbau, über die Morphologie und diese Information wiederum kombiniert man mit den biochemischen Eigenschaften der Fluoreszenzinformation."

Professor Wolfgang Göhde - Mitbegründer des Görlitzer Biotech-Unternehmens "CyTecs" hatte die Idee zu dem Gerät, das Mikroorganismen laufend und quasi online auf unterschiedlichste Eigenschaften hin untersuchen kann. Am Beispiel von Hefezellen wird auf der Biotechnica in Hannover gezeigt, was da alles noch drin steckt. Werden die Zellen mit bestimmten Farbstoffen eingefärbt - zum Beispiel mit "Propidiumjodid", dann fluoreszieren die Zellen, angeregt vom Laserlicht, senden also ihrerseits Licht aus, das weitergehende Informationen enthält. Göhde:

"Das so genannte Propidiumjodid ist ein Farbstoff, der sich an die Erbsubstanz der Zellen bindet. Und man muss sich vorstellen, dass die Erbsubstanz in jeder Zellen sich bei jedem Teilungszyklus verdoppelt. Und dieser so genannte Zellteilungszyklus lässt sich quantitativ genau analysieren, wenn man die Menge an Erbsubstanz misst. Das wechselt dann immer von einem relativen Niveau von eins und zwei. Eins hat die frisch geteilte Zelle, und die doppelte Menge hat die Zelle, die sich bald teilen wird. Man bekommt also eine sehr präzise Information über die Teilungsaktivität der Zellen in dem Fermenter."

Die "Flow Cytometrie" - so der Name des Verfahrens - erfasst die physiologischen Vorgänge in jeder einzelnen Zelle, die durch die Küvette strömt, und erlaubt so Rückschlüsse auf das Befinden ganzer Zellpopulationen. Gegenwärtig prüft CyTecs zusammen mit Wissenschaftlern der TU Dresden die Alltagstauglichkeit des rund 40.000 Euro kostenden Gerätes. Dass es sich bewähren wird, davon ist Professor Wolfgang Göhde jetzt schon überzeugt:

"Dieses Verfahren hier erlaubt eine sehr viel genauere Überwachung. Zum einen kann man die Funktion der Zellen, die diesen Bioprozeß eigentlich darstellen, direkt überwachen. Man kann schauen, was diese Zellen im Moment produzieren, und wie viel von einer bestimmten Substanz. Man kann überwachen, wie die Zellen sich teilen, und man bekommt damit sehr genaue Informationen, die man wiederum rückbenutzen kann, um die Prozesse direkt zu steuern."

Mit einem ganz ähnlichen Gerät, das die Zahl der immunologisch wichtigen CD4-Zellen im menschlichen Blut messen kann, hat CyTecs bereits einen Riesenerfolg gehabt. Heute werden die Cytometer in vielen Ländern Afrikas und Asiens eingesetzt, um HIV-Patienten zu untersuchen. Mit dem Gerät konnte der Labortest um den Faktor 20 - nämlich von 40 auf nur zwei US-Dollar gesenkt werden.