BT 1-2: Einführung / Produktion
ZHAW 1. Semester Biotechnologie
ZHAW 1. Semester Biotechnologie
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Cartes-fiches
Erläutern Sie die Fachtermini Labor-, Pilot- und Industriemassstab sowie Fermentation!
- Labormassstab: kleine Mengen (Schüttelkolben) bis 20 Liter
- Pilotmassstab: 20 Liter bis einige 100 Liter
- Industriemassstab: bis 500‘000 l,
- Fermentation: Stoffumwandlung von organischen Substanzen
Erklären Sie den Begriff Scale-up!
Massstabsübertragung à Von der Kolonie zum Grossfermentor
- mikrobielle Verfahren (1:10) bis 500‘000 L Produktionsfermentor
- Säugerzellverfahren (1:5) bis zu 25‘000 L Fermenter
Was ist unter in situ- und was unter ex situ Sterilisation zu verstehen?
- in situ (an Ort und Stelle) à im Bioreaktor
- ex situ (räumlich getrennt) à Ausserhalb
Wie und warum erfolgen Steriltests mit Bioindikatoren? Erläutern Sie den Begriff des Biokatalysators!
Eingesetzt werden Sporenbildende, thermoresistente Organismen (Geobacillus stearothermophilus), da die optimalen Kultivierungsbedingungen bekannt sind.
Welche Möglichkeiten zum Nachweis der Sterilität gibt es?
- Direkt: mittels Plattenkulturverfahren, Membranfiltration, MPN-Verfahren
- Indirekt: mittels Geruch, pH-Wert, Leitfähigkeit, ATP-Gehalt, Trübe
Wo und wie werden Sterilfiltrationen im Rahmen biotechnologischer Produktionsverfahren durchgeführt?
- Bei batch - & kontinuierlichen Verfahren
- Bei wasserähnlichen Substanzen
- Mittels Filter (Art des Filters ist von Sterilisationsgut abhängig)
Unterscheiden Sie das Standard- und Overkillverfahren von der HTST-Sterilisation!
- Standart- und Overkillverfahren:
- 121°C während 20min. Haltezeit
- in situ
- hohe Energieverluste, schnelle Alterung, Vitaminzerstörung
- HTST Verfahren
- 140°C – 160°C während maximal 3 min
- Schonend
Wie wird Sterilität in biotechnologischen Verfahren erzielt? Vergleichen Sie die gängigen Verfahren!
Mit 6 Sterilitätsverfahren
- Sterilfiltration (Abtrennung unerwünschtem Material; für temperaturempfindliche Lösungen speziell: tierische Zellkulturmedien)
- Sterilisation mit feuchter und trockener Hitze (HTST-, Standart- und Overkillverfahren)
- VHP (gasförmiges Wasserstoffperoxid)
- Strahlensterilisation (mittels Gammastrahlen; für Einwegmaterialien)
- Mikrowellensterilisation
- Pascalieren (mit Hochdruck; In Lebensmitteltechnologie eingesetzt da schonend zu Vitaminen und Aroma)
Welche Arten der Sterilität werden unterschieden?
- Absolute Sterilität (frei von vermehrungsfähigen Keimen)
- Praktische Sterilität (Reduzierung der Keimzahl bei Ausschluss sämtlicher pathogener Keime)
- Sterilität in der Biotechnologie ( Abtötung der Mikroorganismen au f ein wirtschaftlich vertretbaren Sterilisationsgrad à Produktabhängig)
Wieso kommt der Sterilität in modernen biotechnologischen Produktionsverfahren eine besondere Rolle zu! Welche Arten der Sterilität werden unterschieden?
Weil mehr als 80% aller biotechnologischen Verfahren unter sterilen Bedingungen realisiert werde.
Erklären Sie den allgemeinen Aufbau eines biotechnologischen Produktionsverfahrens!
- API-Herstellung
- Upstream à Aufbauprozess (Reinigen, Mischen, Sterilisieren)
- Downstream à Aufarbeitungsprozess (Trocknen, Filtrieren)
- Ergibt die Drug Substance (DS)
- Pharmazeutische Herstellung
- Endformulierung und Abfüllung
- Kennzeichnung und Verpacken
- Ergibt das Drug Product (DP)
Auf welche Gleichung lässt sich jedes biotechnologische Produktionsverfahren zurückführen? Erläutern Sie die Elemente der Gleichung!
Substrat + Biokatalysator = Produkt
- Substrat (= Reaktionspartner) befindet sich gelöst oder ungelöst im Kultivierungsmedium. Man Unterscheidet zwischen einfachen Substraten (Glucose, Saccharose) und komplexen Substraten / Mischsubstraten (Cellulose, Melasse)
- Biokatalysator (MO‘s, Enzyme, pflanzliche, animale oder humane Zellen)
- Produkt: Biomasse (z.B. Hefeproduktion) oder Primär- und Sekundärmetabolite (z.B. Antikörperproduktion)
Welche Varianten der Fed batch-Kultivierung kennen Sie?
- Variante 1: Arbeitsvolumen vergrössert (Feeding)
- Variante 2: Arbeitsvolumen konstant (Feeding und Austausch)
- Variante 3: Zellsuspension teilweise geerntet und mit frischem Medium aufgefüllt (Repeated Fed batch)
Warum besteht der Trend zur Batch-Kultivierung, obwohl kontinuierliche Verfahren höhere Ausbeuten liefern?
- Weil es sicherer und einfacher ist
- Weil man flexibler ist
- Weil die Zulassung der Swissmedic bei Produkten welche mit kontinuierlichen Verfahren hergestellt wurden schwieriger ist
Welche 3 Prozessmodi kennen Sie?
- Batch Verfahren
- Geschlossenes System (einmal gestartet nichts mehr entnommen oder zugegeben)
- Ernte bei maximaler Zellzahl / Produktkonzentration
- z.B. Bierherstellung
- Kontinuierliches Verfahren
- Offenes System ( Konstantes Arbeitsvolumen)
- Zuerst Batch Verfahren bis gewünschte Zellkonzentration erreicht ist. Darauf folgt ein kontinuierlicher Medienzulauf und Entnahme von Material.
- z.B. Quornherstellung
- Fed Batch Verfahren
- = Zufütterungsverfahren
- Wird häufig in der Industrie angewendet
Was sind Submersverfahren?
Züchtung von Biokatalysatoren im Nährmedium (Schüttelkolben mit Flüssigmedium). Sind meist moderne Produktionsverfahren (Vermehrung von Tabakzellen, Penicillin
Was sind Emersverfahren?
Züchtung von Biokatalysatoren auf Substratoberfläche (Agarplatte, Petrischale). Sind häufig ältere Produktionsverfahren (Kalluszüchtung, Essigproduktion)
Welche biotechnologischen Verfahren lassen sich unterscheiden und was ist ihre Charakteristik!
- Produktionsverfahren: Produkte werden unter sterilen Bedingungen mittels Monokulturen von MOs entweder im Batch oder Fed batch-Modus produziert
- Entsorgungsverfahren: Biokatalysatoren (Mischkultur) werden im kontinuierlichen Modus für den Stoffabbau verwendet was unsteril erfolgt, z.B. Kläranlage
Stellen Sie die Hauptaktivitäten in der Forschung des Institutes für Biotechnologie der zhaw zusammen und ordnen Sie diese den Farbbereichen und entsprechenden Industriebranchen zu! Diskutieren Sie Ihre Rechercheresultate im Team!
Ganz ehrlich ich glaub nöd dass die Frag chunnt, drum han i da kei Antwort aber es chan ja jede mal selber uf die Homepage gha und chli lese ☺ http://www.ibt.zhaw.ch/de.html
Das wär na das vo de Götti-CD-Version:
- Bereich Kultivierung: Kultivieren diverser Zellen und Gewebe, Qualifizierung von Reaktorsystemen inkl. Einwegreaktoren
- Bereich Expressionssysteme: Forschung mit Wachstumsfaktoren
(Farbbereich übergreifende Forschung)
Was sind mabs und wie lassen sie sich biotechnologisch herstellen?
Monoklonale Antibodies = Antikörper welche nur gegen 1 Epitop/Antigen gerichtet sind. Früher wurden sie mittels Hybridomazellen hergestellt, heute mittels transfizierten CHO-Zellen.
Begründen Sie, warum Biotechnologie historisch gesehen die Kunst ist, Lebensmittel herzustellen!
Da die Herstellung von Wein, Essig, Käse etc. (10‘000 – 3‘000 v. Chr.) auf die unbewusste Nutzung von Mikroorganismen zuzuführen ist und diese eine zentrale Rolle in der Biotechnologie spielen.
Nennen Sie die 4 Entwicklungsetappen der Biotechnologie und wichtige Meilensteine!
- 1.Phase: Unbewusste Nutzung von Mikroorganismen (Weinherstellung, Essigherstellung)
- 2.Phase: Aufdeckung des Wesens der Fermentation, Klassifizierung neuer Mikroorganismen, Aufklärung der Stoffwechselvorgänge, Beginn der Mikrobengenetik (Backhefeherstellung, Milchsäure)
- 3.Phase: Schaffung wissenschaftlicher Grundlagen für biotechnologische. Apparate- und Verfahrenstechniken (Eiführung Sterilfermentation, Modellvorstellung der DNS/DNA)
- 4.Phase: Gezielter Einsatz der genetischen Manipulation von Zellen sowie rekombinanter Methoden und moderner Techniken (Heute: Impfstoffe, Klonen, Gen Food…)
Welche Farbbereiche der Biotechnologie kennen Sie? Ordnen Sie jedem Farbbereich 2 typische Produkte zu!
- Rote Biotechnologie (Impfstoffe, Insulin) à medizinische-pharmazeutische Technologie
- Grüne Biotechnologie (Golden Rice, pro- & prebiotische Joghurts) à Agrobiotechnologie
- Blaue Biotechnologie (Beta-Carotin, Astaxanthin) à aus marinen Organsimen
- Weisse Biotechnologie (Acrylamid, Bioethanol) à grossvolumige Produkte
Erläutern Sie den Begriff rekombinant!
In der Biotechnologie versteht man unter rekombinant die Neustrukturierung / Neukombination der DNA
Was ist ein gvO?
Gentechnisch veränderter Organismus
Was sind Biokatalysatoren und wie lassen sie sich kategorisieren?
Der Biokatalysator ist der Produktionsorganismus, welcher die Substrate in Produkte umwandelt, sozusagen das Arbeitstier der Biotechnologie!
- Lebende Mikroorgansimen (E.coli)
- Pflanzliche Zell- & Gewebestrukturen (Eibe)
- Tierische Zell- & Gewebestrukturen (CHO-Zellen)
- Enzyme ( Labferment)
- Transgene Pflanzen ( Vitamin A Reis)
- Transgene Tiere (Tracy)
Welche Industriebranchen sind heute durch Methoden der Biotechnologie geprägt?
- Lebensmittelindustrie (Funktional Food, Bierproduktion durch GVO)
- Pharmabranche (Antikörper, therapeutisches Klonen)
- Militärbranche (B-Waffen)
- Agrarbranche (Bt-Mais)
- Kosmetikbranche (Lipide)
- Branchen der weissen Biotechnologie wie Feinchemikalien, Bulkprodukte, Biokraftstoffe…
Erläutern Sie die Interdisziplinarität der Biotechnologie!
Die Biotechnologie ist interdisziplinär, da sie sich aus diversen Wissenschaften zusammensetzt. Aus:
- Biologie
- Chemie
- Ingenieurwissenschaften
Unterscheiden Sie die klassische und moderne Biotechnologie!
- klassisch:
- Einsatz von nativen (nicht genverändert) Biokatalysatoren.
- Ursprüngliche Produkte wie Brot, Essig und Bier àtraditionelle Biotechnologie.
- moderne:
- Neue Verfahren (z.B. Tissue Engineering)
- Verfahren mit isolierter DANN/DNS
- Einsatz von Biokatalysatoren welche genetisch manipuliert sind.
Definieren Sie den Begriff Biotechnologie!
Integration von Natur-und Ingenieurwissenschaften mit dem Ziel Biomasse aus Zellen (mikrobielle, pflanzliche & tierische) oder Enzyme für Produkte, Verfahren und Dienstleistunden zu nutzen.
