DD242822A1 - Verfahren zur immobilisierung von biologischem material - Google Patents

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DD242822A1
DD242822A1 DD28298285A DD28298285A DD242822A1 DD 242822 A1 DD242822 A1 DD 242822A1 DD 28298285 A DD28298285 A DD 28298285A DD 28298285 A DD28298285 A DD 28298285A DD 242822 A1 DD242822 A1 DD 242822A1
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biological material
cells
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immobilization
cellulose
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DD28298285A
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Stefan Fiedler
Karl Sattler
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Akad Wissenschaften Ddr
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Fixierung von biologischem Material vorgestellt, bei dem einige Nachteile der Fixierung, wie das Einwirken von aggressiven Agenzien, von Vernetzern u. ae. auf biologisches Material vermieden werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Traegermaterial zur Fixierung bakterielle Zellulose verwendet wird, die so hergestellt werden kann, dass ein Netzwerk entsteht. In dieses kann sich biologisches Material ohne weitere Massnahmen einlagern und steht zur Durchfuehrung enzymatischer Reaktionen (Produktbildung) zur Verfuegung.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Spezifische enzymkatalysierte Reaktionen mit mikrobiellen Zellen bzw. mit immobilisierten Enzymen werden seit langem besonders in der pharmazeutischen Industrie durchgeführt (z. B. Steroidtransformationen). Die Immobilisierung ist dabei die praktische Nachahmung eines auch in der Natur sowie bei einigen industriellen Prozessen beobachtbaren Phänomens. Die spontane Bildung „biologischer Filme" durch mikrobiellen Wuchs auf Oberflächen von Sand, Mineralien, Polymeren, Holz, Fasern usw. ist seit langem bekannt (Abwasserreinigung, Essigsäuregewinnung). Neben den Vorteilen fixierter Enzyme weist die Immobilisierung mikrobieller Zellen zusätzliche Vorteile auf:
— Die in den Zellen enthaltenen Enzyme müssen nicht erst isoliert und gereinigt werden.
— Multienzymreaktionen und cofaktor- bzw. coenzymfördernde Reaktionen mit in situ-Regenerierung sind leichter durchführbar.
— Die Enzyme befinden sich in ihrem natürlichen Mikromilieu und besitzen dadurch höhere Stabilität.
— Immobilisierte Zellen besitzen z.T. eine höhere Temperatur- bzw. pH-Stabilität als freie Zellen.
— Immobilisierte Zellen tolerieren oft höhere Substrat- und Produktkonzentrationen (BERGER, R., 1981, Acta Biotechnolica 1/1, 73-102; BERGER, R., 1982, Acta Biotechnologica 2/4,343-358).
Folgende Methoden der Immobilisierung sind bekannt:
1) Einschluß der Zellen
Für die Immobilisierung der Zellen durch Einschluß in meist versetzte Gele, membran(film)-artige Gebilde, Faserhohlräume, Mikrokaspeln usw. werden verwendet:
Gele aus Polyacrylamid, aus Polymethacrylamid, aus anderen Acrylat-Polymeren, aus ionischen Gelen usw. (Jap. Pat. 70884, Jap. Pat. 120185, Jap. Pat.7425189, Jap. Pat.7475782, Jap. Pat. 7481590, US Pat. 3791926, DE Offenleg. 2414128, DE Offenleg. 2420102.
2) Adsorption der Zellen
Adsorbiert werden mikrobielle Zellen an zahlreiche organische und anorganische Materialien bzw. Polymere wie Filterpapier, Silikagel, Nylonnetze, Sand, Aktivkohle usw.
(Jap. Pat. 7399393, Jap. Pat.75160475, Jap. Pat. 7686142, DE Offenleg. 2413694, US Pat. 3769175, US Pat. 4032407). 3)lnterzelluläre Vernetzung
(DE Offenleg. 2345185, DE Offenleg. 2345186, DE Offenleg. 1915970, US Pat. 3939041, US Pat. 3821086, Jap. Pat.7703891,
Jap. Pat. 7703889)
4) Covalente Fixierung
(DE Offenleg.2752499, DE Offenleg. 1915970, DE Offenleg. 2513929, US Pat.3957580, KLEIN, J. and WAGNER, F., 1978 DECHEMA-Monogr.82,142-164, KLEIN, J. and WAGNER, F., 1979DECHEMA-Monogr.84, 265-335).
Alle diese Methoden haben den Nachteil, daß die Fixierung mit Hilfe einer oder mehrerer chemischer Reaktionen (Vernetzung, Funktionalisierung, Ausbildung covalenter Bindungen) erfolgt, wobei in der Regel von den Reaktionsbedingungen chemischtoxische oder physikalische Nebenwirkungen ausgehen, die den Zellstoffwechsel oder die Enzymaktivität beeinträchtigen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Immobilisierung von biologischem Material zu entwickeln, mit welchem man die bisher einzeln ablaufenden Teilschritte gleichzeitig oder nacheinander im gleichen Reaktionsraum im diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Betrieb durchführen kann.
Wesen der Erfindung
DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Träger auszuwählen, der chemisch inert und thermisch stabil ist und eine solche Struktur aufweist, daß sich das zu fixierende biologische Material darin einlagern kann und daß der Stoffaustausch zwischen Zelle und Milieu mit hoher Geschwindigkeit ablaufen kann ohne dabei durch die Immobilisierung behindert zu werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man als Trägermaterial Bakteriencellulose verwendet.
Die Bakteriencellulose muß für die Verwendung als Trägermaterial ein netzwerkförmige Struktur aufweisen und wird in bekannter Weise synthetisiert.
Zweckmäßigerweise führt man die Immobilisierung in der gleichen Vorrichtung durch, in der die Synthese der Bakteriencellulose erfolgt. Das geschieht dadurch, daß man nach Bildung einer ausreichenden Zelluloseschicht die Zellulosesynthese durch Entfernung der Syntheselösung oder auch Auszehrung der Kohlenhydratquelle beendet. Falls erforderlich, können die Acetobacter-Zellen durch eine Hitzebehandlung abgetötet werden. Anschließend bringt man das zu fixierende Material in der gleichen Apparatur in Kontakt mit dem Zellulose-Träger und füllt die für die gewünschte Leistung des fixierten Materials notwendige Reaktionslösung ein. Die Nachführung verbrauchter Reaktionslösung bzw. das Austragen der gebildeten Produkte erfolgen erfindungsgemäß kontinuierlich oder chargenweise.
Folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:
Beispiele Beispiel 1:
Ein Vlies aus Bakteriencellulose, das in bekannter Weise erzeugt wurde, wird 15 Minuten auf 95°C erhitzt, wobei die zellulosebildenden Bakterien von Acetobacter xylinum abgetötet werden. Nach Abkühlen auf 3O0C wird die verbrauchte Kulturflüssigkeit entfernt und durch ein wäßriges Nährmedium ersetzt, das folgende Zusammensetzung hat: 0,5% Hefeextrakt 0,3% KH2PO4
Die erzeugte Trägerschicht muß dabei in Kontakt mit dem Nährmedium gebracht werden. Dieses wird mit 80 ml pro eingefüllten Liter Nährmedium einer Suspension von Gluconobacter oxydans CCM1783, die ca. 104 Zellen pro ml enthält, versetzt und 30 min bei 3O0C (pH 6,2) mit dem gesamten Träger in Kontakt gehalten. Danach erfolgt Zugabe von Glycerol bis zu einer Endkonzentration von 100g/l Nährmedium. Während des gesamten Verfahrens werden aseptische Bedienungen eingehalten. Das Glycerol wird innerhalb von 3 Tagen mit einer Ausbeute von 87% in Dihydroxyaceton umgewandelt.
Beispiel 2:
Die Synthese eines Vlieses aus Bakterienzellulose wird in bekannter Weise eingeleitet. Bereits nach 48 Stunden, wenn die Zellulosematrix noch schwach entwickelt ist, werdender Nährlösung 40 ml pro Liter einer Suspension von Glukonobacter oxydans CCM1783, die ca. 104 Zellen pro ml enthält, aseptisch zugegeben.
Diese Bakterien werden in den Kapillarräumen des Vlieses fixiert und zusätzlich durch neugebildete Zellulosefibrillen befestigt und abgedeckt, ohne daß dazu besondere Maßnahmen erforderlich sind. Die beschriebene Zugabe von Gluconobacter oxydans-Suspension wird nach weiteren 48 Stunden wiederholt. Nach weiteren 48 Stunden wird das Nähmedium entfernt und durch ein steriles wäßriges Medium folgender Zusammensetzung ersetzt:
0,5% Hefeextrakt
0,3% KH2PO4
6,0% Glycerol
12 Stunden danach beginnt der kontinuierliche Betrieb mit D = 0,1 h~\
Beispiel 3:
Es wird verfahren wie in Beispiel 2. Anstelle der vermehrungsfähigen Zellen eines Produktbildners wird dem Medium ein Präparat zugesetzt, das aus Biomasse von Acetobacter methanolicus MB 58 besteht, die durch Vorbehandlung mit einer 20%igen wäßrigen Ethanollösung vermehrungsunfähig gemacht wurde. Das Präparat wird in einer Menge von 6g/l, bezogen auf die Bakterientrockensubstanz, zugesetzt. Der Zusatz erfolgt in drei gleichen Teilen im Abstand von 48 Stunden. Die Bestandteile des Präparates werden, ohne daß weitere Maßnahmen erforderlich sind, im Zellulosevlies fixiert und durch neugebildete Zellulosefibrillen eingewoben. Nach 96 Stunden wird das Nährmedium für die Zellulosesynthese ausgetauscht gegen ein Produktbildungsmedium, bestehend aus einer 2%igen wäßrigen Ethanollösung. 8 Stunden danach beginnt der kontinuierliche Betrieb mit D = 0,1h"1 und einer 95%igen Umwandlung von Ethanol in Essigsäure.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Immobilisierung von biologischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial Bakterienzellulose verwendet wird.
    Anwendungsgebiet der Erfindung
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Immobilisierung von biologischem Material, wie Zellen, Enzyme oder bioaktiven Molekülen und gehört in die Klasse C 12 N. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die biotechnologische Industrie.
DD28298285A 1985-11-19 1985-11-19 Verfahren zur immobilisierung von biologischem material DD242822A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0293775A3 (de) * 1987-06-05 1989-05-31 Henkel Kommanditgesellschaft auf Aktien Verfahren zum Nachweis der Desinfektionswirkung eines Desinfektionsmittels und hierfür geeigneter Teststreifen
CN102146167A (zh) * 2010-12-21 2011-08-10 东华大学 一种细菌纤维素的油溶性添加物载入方法
CN102146166A (zh) * 2010-12-21 2011-08-10 东华大学 一种细菌纤维素的油溶性添加物载入方法

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CN102146167B (zh) * 2010-12-21 2012-07-25 东华大学 一种细菌纤维素的油溶性添加物载入方法
CN102146166B (zh) * 2010-12-21 2012-08-08 东华大学 一种细菌纤维素的油溶性添加物载入方法

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