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Doktorand/in: Beschleunigte Bioprozessentwicklung mit Mikrokultivierung und Laborautomation

Ausschreibendes Institut: IBG-1 - Biotechnologie
Kennziffer: D162/2017, Biotechnologie, Bioingenieurwesen

Im Rahmen der Bioökonomie werden durch die Industrielle Biotechnologie in zunehmendem Maße Produkte durch mikrobielle Stoffumwandlung aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Neben der Herstellung von Fein- (z.B. Chiralika, Pharma-Aminosäuren, Vitamine, etc.) und Bulk-Chemikalien (z.B. 1,3-Propan-Diol, L-Lysin, L-Glutamat, Ethanol, Succinat etc.) hat die Gewinnung homologer und heterologer Proteine eine wichtige Position in der industriellen Biotechnologie.

Für die Entwicklung leistungsfähiger mikrobieller Bioprozesse stellen sich in der Regel mindestens zwei grundlegende Fragestellungen. Zum einen ist es wichtig geeignete mikrobielle Produzentenstämme aus einer großen Anzahl möglicher Stammvarianten auszuwählen. Dabei muss der Phänotyp jedes einzelnen Stammes einer mittleren und größeren Stammbibliothek mit höherem Durchsatz detailliert ermittelt werden, z.B. im Hinblick auf Biomasse- und Produktselektivität und das Nebenproduktspektrum. Interessante Stammvarianten können dann über Metabolic Engineering oder ungerichtete Verfahren weiter modifiziert und in Bezug auf die Leistungsfähigkeit wieder überprüft werden.

Zum anderen müssen die leistungsstärksten Stämme bioprozesstechnisch charakterisiert und die Bioprozessführung und die Bioprozessparameter optimiert werden. Diese Arbeiten geschehen zumeist in Laborbioreaktoren, um eine gute Prozesskontrolle und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Jedoch kann selbst mit 4-fach parallelen Laborbioreaktorsystemen nur ein sehr geringer Kultivierungsdurchsatz erzielt werden. Dies wird insbesondere im direkten Vergleich zur Geschwindigkeit der aktuellen molekularbiologischen Techniken deutlich, mit der eine enorme Anzahl an Stammvarianten in kurzer Zeit konstruiert werden können.

Dieses Defizit auf der Seite der Stammphänotypisierung und auch der Bioprozessentwicklung kann durch miniaturisierte Kultivierungssysteme ausgeglichen werden, in denen die Arbeiten unter Bedingungen mit guter Vergleichbarkeit zum Labor-Bioreaktormaßstab im Maßstab von ca. 1 mL im Mikroplattenformat parallelisiert werden können. Dabei ist das miniaturisierte Kultivierungssystem vollständig in eine Laborrobotik-Umgebung integriert. Damit gelingt es, wesentliche Schritte der Versuchs- und Medienpräparation (upstream processing), der Kultivierungsexperimente, datengetriggerter automatisierter Beprobungen sowie die nachfolgende Prozessanalytik auf einer Laborroboterplattform abzubilden. Mit der Automatisierung wesentlicher Verfahrensschritte wird hier eine starke Beschleunigung in der mikrobiellen Stammphänotypisierung und der Bioprozessentwicklung erreicht.

Für die Fortsetzung dieser Forschungsaktivität suchen wir eine/n Doktoranden/in für eine dreijährige Promotionsarbeit. Der thematische Schwerpunkt der Arbeit wird hierbei in der Entwicklung neuer Verfahren, Methoden und Anwendungen für die intelligente Einbindung der teilautomatisierten Kultivierungsplattform in die Phänotypisierung von großen Stammbibliotheken und der Bioprozessentwicklung zur Gewinnung von nieder- und hochmolekularen Wertstoffen (Proteine, natürliche/nicht-natürliche Metaboliten) liegen. Ein wichtiger neuer Aspekt wird dabei das Datenmanagement und die Entwicklung digitaler Workflows entlang der automatisierten Kultivierungsexperimente spielen, da die Menge an Prozess-, Analytik- und Stammdaten nicht mehr manuell gehandhabt werden kann. Die Projektaktivitäten haben dabei das klare Ziel mit den entwickelten Technologien und Methoden in die industrielle Umgebung zu gehen. Die Besetzung der Stelle erfolgt im Rahmen eines Drittmittelprojektes.

Die Arbeitsgruppe Bioprozesse und Bioanalytik arbeitet seit mehr als 10 Jahren im Bereich der beschleunigten Bioprozessentwicklung durch Miniaturisierung, Parallelisierung und Automatisierung und verfügt über zwei Laborrobotikplattformen. Das Ziel ist dabei die translationale Forschung, d.h. die Entwicklung und Anwendung neuer innovativer Werkzeuge für die Bioprozessentwicklung und deren bidirektionaler Transfer in die industrielle Umgebung. Mit den aktuell verfügbaren Technologien geschieht dies bereits im Rahmen des durch die Helmholtz-Gemeinschaft geförderten „Microbial Bioprocess Lab – Ein Helmholtz Innovation Lab“. Dieses Projekt verbindet die starke grundlagenorientierte Forschung im Bereich bioprozesstechnischer und bioanalytischer Technologien am IBG-1 mit der industriellen Anwendung. Mehr Informationen und Literatur sind unter www.mibiolab.de zu finden.

Das Projekt ist in hohem Maße interdisziplinär und bedingt die Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, (Bio-)Chemikern, Molekularbiologen und der Bioinformatik. Die Finanzierung des 3-jährigen Projekts mit einer Vergütung nach 50% TVÖD E13 mit Zulage ist gegeben. Die Stelle kann ab sofort besetzt werden.

Informationen zum „Microbial Bioprocess Lab – Ein Helmholtz Innovation Lab“:
www.mibiolab.de

Literatur:
Rohe, P., Venkanna, D., Kleine, B. et al. Microb Cell Fact (2012) 11: 144. doi:10.1186/1475-2859-11-144
http://link.springer.com/article/10.1186/1475-2859-11-144

Unthan, S., Radek, A., Wiechert, W. et al. Microb Cell Fact (2015) 14: 32. doi:10.1186/s12934-015-0216-6
http://link.springer.com/article/10.1186/s12934-015-0216-6

Freier, L., Hemmerich, J., Schöler, K., Wiechert, W., Oldiges, M. and von Lieres, E. (2016), Framework for Kriging-based iterative experimental analysis and design: Optimization of secretory protein production in Corynebacterium glutamicum. Eng. Life Sci.. doi: 10.1002/elsc.201500171
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/elsc.201500171/abstract

Weiterführende und aktuelle Literatur kann im Bereich Literatur auf der Seite www.mibiolab.de gefunden werden.

Anforderungen:
Hochschulstudium in Biotechnologie, Bioingenieurwesen oder vergleichbarer Disziplin mit Master/Diplom 2,0 oder besser; Interesse an mikrobieller Kultivierungstechnik, Bioprozessentwicklung und Laborautomation, sowie die Fähigkeit in einem interdisziplinären Team zu arbeiten.

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Marco Oldiges
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Bio- und Geowissenschaften
IBG-1: Biotechnologie
Leo-Brandt-Straße
52425 Jülich

Tel.: +49 (0)2461-61-3951

e-mail: m.oldiges@fz-juelich.de

http://www.fz-juelich.de/ibg/ibg-1/EN/Research/SystemsBiotechnology/bioproc/bioproc_node.html

Bitte senden sie ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen entweder per e-mail oder postalisch an obige Kontaktdaten. Für Rückfragen oder weitere Informationen können sie sich gerne telefonisch an mich wenden.


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