Big Bang HTL 4, Schulbuch

76 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) Beispiel 3: Penicillin 1928 bemerkte A LEXANDER F LEMMING , dass ein Schimmelpilz in seinen Bakterienkulturen deren Wachstum unterdrückte. Der Schimmelpilz Penicillium bildet also einen Bakterien- abwehrenden Stoff, das Penicillin. Die gebildeten Mengen sind allerdings so gering, dass Flemming nicht in der Lage war es zu ge- winnen. Die Wirkung von Penicillin auf die Bakte- rien betrifft die Bildung der Zellwände der Bakte- rien. Das Material der Zellwände, Murein, kann in Anwesenheit von Peni- cillin nicht richtig herge- stellt werden. Erst im 2. Weltkrieg konnte nach immensen Anstrengungen eine konzentrierte Penicillin-Lösung gewonnen werden. Da- zu mussten zuvor die Penicillium-Stämme optimiert werden. Man arbeitete mit defekten Mutanten, bei denen die natür- liche Regulation der Produktion ausgeschaltet war. Auch das Up-Scaling auf einen großtechnischen Prozess war zu- erst eine Herausforderung, vor allem das Verhindern einer Kontamination der 1000–5000 l fassenden Fermenter mit anderen Organismen war schwierig, da für die Produktion kontinuierlich Luft eingeblasen werden muss. Das empfind- liche Produkt musste schlussendlich für die medizinische Verwendung auch aufwändig gereinigt werden. Abb. 6.20: Produktionsverlauf von Penicillin Heute findet die Penicillin-Fermentation in der Regel als Fed-Batch statt. Die erste Phase dient dem Wachstum des Pilzes und erst danach kommt es zur Bildung des Penicillins. Dabei ist eine niedrige Glucosekonzentration im Nährmedi- um für eine gute Ausbeute besonders wichtig. Für das Nähr- medium wird häufig Maisquellwasser, ein Nebenprodukt Abb. 6.19: Penicillium hemmt das Wachstum von Staphylococcus der Maisstärkeherstellung, das reich an Proteinen, Amino- säuren und Milchsäure ist, verwendet. Auch Lactose kann in Kombination mit Glucose als C-Quelle verwendet werden. Nach der Entfernung der Pilz-Zellfäden (= Myzel) wird Penicil- lin mit organischen Lösungsmitteln aus der Fermentationsbrühe extrahiert, in das Natri- umsalz umgewandelt und getrocknet. ( F16 ) Heterologe Expression Nicht alle Stoffe wer- den per se von Mikro- organismen gebildet. Durch heterologe Expression kann man diese Organismen dazu bringen ein Produkt herzustellen, das in ihrem norma- len Stoffwechsel normalerweise nicht vorkommt. Eines der ersten Beispiele dafür war die Insulinproduktion durch Mikroorgansimen. Grundlage für die heterologe Expression ist die Klonierung des Gens, das hier am Beispiel der Insulins gezeigt werden soll: Abb. 6.22: Klonieren des Insulingens in das Bakteriums E. coli Für die Klonierung sind 5 Arbeitsschritte notwendig: Abb. 6.23: Arbeitsschritte der Klonierung Abb. 6.21: Penicillium chrysogenum Nur zu Prüfzwecken – Eigentum tu des e Verlags öbv