Kontinuierliche Fermentation: Die Zukunft des Biomanufacturings?

Unser jüngstes Webinar zum Thema „Kontinuierliche Fermentation“ beleuchtete deren Potenzial und Herausforderungen für die industrielle Biotechnologie und das Biomanufacturing. Zunächst baten wir die über 200 Teilnehmer, eine Wortwolke mit ihren Meinungen zur kontinuierlichen Fermentation zu erstellen. Die meisten erwarteten eine Produktivitätssteigerung (Raum-Zeit-Ausbeute, verstärkte Automatisierung, effizientere Prozesse), aber viele äußerten auch Bedenken hinsichtlich des Kontaminationsrisikos und der erhöhten Prozesskomplexität. Experten aus Wissenschaft und Industrie teilten anschließend ihre Erkenntnisse über die Optimierung der Raum-Zeit-Ausbeute, das Kostenmanagement und die Überwindung technischer Hürden.

Kontinuierliche Fermentation bietet das Potenzial für eine verbesserte Raum-Zeit-Ausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Batch- oder Fed-Batch Fermentationen. Unsere Referenten wiesen jedoch darauf hin, dass in der Praxis Batch- und Fed-Batch-Prozesse häufig immer noch eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute, Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit aufweisen. Eine Herausforderung bei der kontinuierlichen Fermentation besteht darin, dass sich aus einer einheitlichen Population des Produktionsstamms während langer Fermentationszeiträume Subpopulationen bilden können, was im Laufe der Zeit oft zur Anhäufung von nicht produktiven Mutanten führt. Dies kann durch starken Selektionsdruck, z. B. durch die Anhäufung von Metaboliten im Fermentationsmedium, noch verschärft werden.

Zum Risikomanagement bei der kontinuierlichen Fermentation gehören Überlegungen zur Ausbeute- und Qualitätskontrolle. Zu den Strategien zur Bewältigung dieser Herausforderungen gehören die Verwendung ultrasteriler Bedingungen, der Betrieb unter sehr selektiven Bedingungen (niedriger pH-Wert, hohe Temperatur, hoher Salzgehalt) und die Akzeptanz und das Management der genetischen Drift.

Mehrere Redner vertraten den Standpunkt, dass „kontinuierlich“ ein Kontinuum und nicht wirklich unendlich ist. Sie argumentierten, dass eine verlängerte Batchphase und ein Management serieller „feed and draw“ Phasen ein pragmatischerer Weg sein könnte, um die Vorteile der kontinuierlichen Bioproduktion zu erreichen, ohne einen unendlich laufenden Bioprozess zu etablieren.

Die kontinuierliche Fermentation ist zwar vielversprechend, um die Effizienz der Bioproduktion zu verbessern, stellt aber auch einzigartige Herausforderungen dar, die sorgfältige Überlegungen und innovative Lösungen erfordern. Im Zuge der Weiterentwicklung wird eine Kombination aus Verfahrenstechnik, Stammoptimierung und kreativen Ansätzen für die Prozessgestaltung wahrscheinlich die Einführung der kontinuierlichen Fermentation in der industriellen Biotechnologie vorantreiben.