WER WIR SIND

Das Austrian Research Centre of Industrial Biotechnology (acib) versteht sich als wesentliches Bindeglied zwischen Forschung und Industrie und bildet derzeit ein Netzwerk aus etwa 200 Partnern auf dem Gebiet der industriellen Biotechnologie. Das internationale Kompetenzzentrum hat seinen Hauptsitz in Österreich (Standorte in Graz, Linz, Innsbruck, Tulln, Wien) und weitere Standorte in Heidelberg, Bielefeld, Hamburg (D), Pavia (I), Rzeszów (PL), Barcelona (ES), Canterbury (NZL) und Taiwan.

FÖRDERGEBER

Als non-Profit-Organisation wird acib über öffentliche und private Forschungsgelder finanziert. Eine wichtige Basis bildet hier das K2 COMET (Competence Centers for Excellent Technologies) Programm, welches durch das BMVIT, BMWFW sowie die Länder Steiermark, Wien, Niederösterreich und Tirol gefördert wird. Daneben werden Förderungen der FFG, der EU und anderer Förderorganisationen beansprucht. Einen steigenden Anteil – inzwischen mehr als 50% aller acib Projekte – machen rein industrie-finanzierte Projekte aus. Als weitere Finanzierungsmöglichkeit ist acib auch offen für Investments oder private Spenden.

MEHR ÜBER COMET

WAS WIR TUN

acib entwickelt umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Prozesse für die Biotech-, Pharma- und chemische Industrie und nimmt sich Methoden und Werkzeuge der Natur zum Vorbild. Dieses Know-how bildet die Grundlage für neue, verbesserte Anwendungen und Produkte auf dem gesamten Gebiet der industriellen Biotechnologie weltweit. Am acib arbeiten derzeit mehr als 250 WissenschaftlerInnen an über 175 industriellen und strategischen Forschungsprojekten.

NETZWERK

Partner des acib-Netzwerk profitieren vom umfassenden Know-how und der breitgefächerten methodologischen Expertise der über 250 höchst motivierten und bestens ausgebildeten MitarbeiterInnen, modernster Infrastruktur innerhalb der 18 Partner-Universitäten, dem Zugang zu einem breiten Netzwerk internationaler Industrieunternehmen und Forschungsinstitute sowie zahlreicher weiterer Leistungen.

MEHR ZUM NETZWERK

FORSCHUNGSFELDER

Die wissenschaftlichen Leistungen des acib lassen sich in insgesamt 12 Forschungsfelder aufteilen,
die sämtliche Bereiche der industriellen Biotechnologie abdecken.


Biotransformation für die Synthese

In diesem Forschungsfeld des acib werden Biotransformationen für die Synthese eingesetzt. Das bedeutet, dass katalytisch aktive Proteine, sogenannte „Biokatalysatoren”, für die Umsetzung und Synthese von Molekülen zur Anwendung kommen. Dadurch können herkömmliche chemische Prozesse durch effiziente und umweltfreundliche neue Verfahren ersetzt werden. Biokatalytische Reaktionen besitzen eine ganze Reihe an Vorteilen: Sie arbeiten ohne giftige Schwermetalle und unter milden Prozessbedingungen, sprich unter neutralem pH Wert, normalem Luftdruck, bei gemäßigten Temperaturen (20 – 45°C) und in wässrigen Umgebungen. Dabei sind sie hocheffizient in Bezug auf Umsetzungsgeschwindigkeit, sowie Chemo-, Regio- und Stereoselektivität. Um jedoch möglichst viele Reaktionen abdecken zu können, müssen neue Enzyme für den Einsatz in technischen Anwendungen entwickelt werden – etwa für die Herstellung von Pharmazeutika, Feinchemikalien, Agroprodukten oder Lebensmittel. Der Schwerpunkt des Forschungsfeldes liegt auf neuen, innovativen biokatalytischen Reaktionen, wobei eine Charakterisierung des Enzyms und der entsprechenden Reaktion auf molekularer Ebene die Entwicklung erfolgreicher Bioprozesse unterstützt.

Biotechnologische Materialverarbeitung

Biotechnologische Verfahren zur Materialverarbeitung gewinnen in der „Circular Economy“ immer mehr an Bedeutung. Sie sind bei der stofflichen und energetischen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen ein wesentlicher Bestandteil von Bioraffinerien. Biotechnologische Umsetzungen zeichnen sich durch milde Reaktionsbedingungen und hohe Spezifität aus. Ziel in diesem Forschungsfeld ist die Entwicklung neuer biotechnologischer Ansätze für spezielle Fragestellungen innerhalb von Wertschöpfungsketten z.B. um natürliche und synthetische Materialien mit speziellen Eigenschaften auszustatten. Im Bereich synthetischer Materialien ist ebenso die Untersuchung biobasierter und bioabbaubarer Polymere ein wichtiger Fokus, inklusive der Entwicklung biotechnologischer Recycling-Verfahren von Polymerbausteinen bis hin zu wertvollen Metallen. Im Sinne einer nachhaltigen Produktion werden auch neue Ansätze zur Konversion von CO2 in Energieträger und Plattformchemikalien untersucht.

Rekombinante Proteinproduktion

acib arbeitet an der Verbesserung und Optimierung der gängigen Zellfabriken, wie zum Beispiel Escherichia coli (das am häufigsten verwendete bakterielle System), Pichia pastoris (Hefezelle) und Trichoderma reesei (filamentöser Pilz). Das Ziel dieser Forschungsarbeiten ist es, ein detailliertes Verständnis der molekularen, genetischen und regulatorischen Mechanismen zu erlangen, welche es den Zellen ermöglichen, in den heute üblichen Bioprozessen mit hoher Zelldichte und hohen Ausbeuten zu überleben, und verlässlich und reproduzierbar höchste Leistungen zu erbringen. Die dabei gewonnenen Informationen werden eingesetzt, um erstens besser geeignete Zelllinien zu selektieren (Screening), zweitens um Zelllinien durch Veränderung der Genexpression an die herrschenden Anforderungen anzupassen (Cell Engineering), und drittens, um auf Basis dieses Verständnisses Bioprozesse so zu adaptieren, dass optimale Bedingungen für die Zellen herrschen und sie ihre Aufgabe reproduzierbar erfüllen können (Bioprozess Optimierung).

Stoffwechselregulation / Metabolic Engineering

Die angewandte Wissenschaftsdisziplin Metabolic Engineering hat das Ziel, Stoffwechselwege in biotechnologischen Organismen gezielt so zu verändern, dass Produkte, v.a. niedermolekulare organische Moleküle, mit hoher Ausbeute produziert werden können. acib arbeitet an der Verbesserung und Optimierung von Hefen und filamentösen Pilzen zur Überproduktion von organischen Säuren. Durch ein detailliertes Verständnis der molekularen, genetischen und regulatorischen Mechanismen zur Überproduktion dieser Moleküle, erhalten die ForscherInnen Produktionsstämme mit höherer Produktivität (Cell Engineering). Darauf aufbauend werden Bioprozesse so adaptiert, dass optimale Bedingungen für die Produktivität herrschen.

Modellierung zellulärer Systeme/Systembiologie

Systembiologie ist eine Querschnittsdisziplin, die in vielen Projekten eine Rolle spielt. Schwerpunktmäßig befasst sich das acib in diesem Bereich mit der mathematischen Stoffwechselmodellierung von biotechnologisch relevanten Zellen. Das Hauptziel ist hier die Integration von experimentellen Daten über die Regulation des Zellstoffwechsels in die neueste Generation von Stoffwechselmodellen der wichtigsten in acib eingesetzten Wirtsorganismen wie Pichia pastoris und Saccharomyces cerevisiae. Das zweite Ziel ist die Integration systembiologischer Daten, um neue Erkenntnisse in die Entwicklung neuer Produktionsplattformen zu gewinnen.

Enzym und Protein Engineering

Enzyme sind die hoch-effiziente Katalysatoren chemischer Transformationen. Die Identifizierung, das Design, die Entwicklung sowie die Nutzbarmachung und gezielte Verbesserung von Enzymen für technische Anwendungen – vor allem für die Industrie –, sind zentrale Elemente dieses Schwerpunktfeldes. Die integrative Verwandlung von Enzymen zu robusten Biokatalysatoren in technischen Prozessen ist ein wesentliches Ziel. Die Entwicklung funktioneller Proteine, die im Gegensatz zu Enzymen keine katalytische Aktivität besitzen – für Anwendungen in den Materialwissenschaften ebenso wie in der Analytik und der Medizin – stellt ein weiteres wichtiges Ziel dar. Ein multidisziplinärer Engineering-Ansatz unter Einbeziehung von molekularen und prozessrelevanten Aspekten ist die Basis für die Entwicklung neuer Enzyme und Proteine. Von Interesse sind maßgeschneidert optimierte Enzyme als Biokatalysatoren aber auch als finale Produkte für die Analytik und Diagnostik.

Bioprospecting

Im Bereich Bioprospecting werden neue Mikrobiome, Mikroorganismen und ihr Metabolitspektrum studiert und für eine biotechnologische Nutzung evaluiert. Die Mikrobiomforschung ist ein relativ neues Forschungsfeld. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass ein ausbalanciertes Mikrobiom eine wichtige Voraussetzung für die Gesundheit darstellt. Im Zentrum dieses Forschungsbereichs steht somit die Entwicklung biotechnologischer Produkte, die diese Balance wiederherstellen und zB Kulturpflanzen vor biotischem und abiotischem Stress schützen können. Weiters wird das metabolische Zusammenspiel zur Entdeckung neuer, bioaktiver Substanzen untersucht.

Kontinuierliche Herstellungsprozesse

In der biopharmazeutischen Industrie wird derzeit mit Batch-Verfahren produziert, was in der Entwicklung und Tradition dieses Industriezweiges begründet liegt. Aufgrund des Kostendruckes und behördlicher Vorgaben wird hingegen überlegt, kontinuierliche Produktionsverfahren einzusetzen. Die wissenschaftlichen Grundlagen dafür sind aber nur zum Teil vorhanden. acib hat daher einen eigenen Forschungsschwerpunkt etabliert. Mit dem Ziel, kontinuierliche Prozesse im Labormaßstab zu entwickeln oder Grundlagen zu erforschen, um Batchverfahren in kontinuierliche Verfahren umzuwandeln. Die Projekte beinhalten die Entwicklung von Methoden zur „in-process“ Kontrolle für die Überwachung der einzelnen Produktionsschritte, die Entwicklung kontinuierlicher Prozesse für die Herstellung rekombinanter Blutgerinnungsprodukte sowie die kontinuierliche integrierte Produktion von Viren und virusartigen Partikeln.

Neue Materialien für die Bioprozesstechnik

Durch den Einsatz neuer Materialien in existierenden Verfahren können entweder neue Funktionen oder substantielle Verbesserungen dieser Verfahren erreicht werden. Für die Aufreinigung von Bionanopartikeln z.B. stehen derzeit kaum Verfahren zur Verfügung. Dafür gilt es, neue Materialien zu entwickeln, die eine extrem hohe Porosität aufweisen und Partikel auf Grund ihrer geometrischen Form erkennen. Durch spezielle Kristallisation von Metalloxiden (z.B. Titanoxid) werden fraktale Strukturen erzeugt, welche die erwähnten Eigenschaften aufweisen. Weiters werden Nanomembranen entwickelt, die einen Transport entgegen des Konzentrationsgradienten erlauben. Um Co-faktoren, die für den aktiven Transport benötigt werden, zu regenerieren, müssen die Membranen durch Beschichtung mit Goldnanopartikel mit einer leitfähigen Schicht versehen werden. Für den aktiven Transport werden Transportproteine wie der Xylosetransporter eingesetzt.

Neue Verfahren für Biopharmazeutika

Intensivierte biotechnologische Verfahren und Prozessverständnis sind die Themen dieses Forschungsfeldes. Grundlegendes mechanistisches Prozessverständnis wird auch von den Pharmabehörden gefordert. Durch intensive Bearbeitung dieses Gebiets sollen für eine Aufreinigung von Biopharmazeutika verlässliche Vorhersagen bei der Übertragung von der kleinstmöglichen Chromatographiesäule auf den großen Maßstab zu treffen sein. Außerdem sollen die Herstellungsprozesse durch die Anwendung von Hochdurchsatzverfahren optimiert werden (zB bei der Herstellung neuer Biopharmazeutika in E. coli welche derzeit geringe Stabilität aufweisen). Die Produktion von Enzymen, die für die Reinigung von Biopharmazeutika benötigt werden, ergänzt den Inhalt dieses Forschungsfeldes.

Genom Datenbank für CHO

Während für die meisten biotechnologisch relevanten Organismen wie Escherichia coli oder Saccharomyces cerevisiae relativ früh genomische Sequenzen zur Verfügung standen, sind diese Informationen für Chinese Hamster Ovary (CHO) Zellen erst spät – unter starker Beteiligung von acib – publiziert worden. Diese Zelllinie wird derzeit zur Produktion von 8 der Top-10 Blockbuster Biotherapeutika verwendet und ist daher von wesentlicher industrieller Bedeutung. Die Kenntnis der Genomsequenz ist ein entscheidender Beitrag, um die Produktion von Biopharmazeutika zu verbessern, zu vereinfachen und kostengünstiger zu machen. In diesem Forschungsschwerpunkt wird daher an der Erweiterung und Aufbereitung der zur Verfügung stehenden Datensätze und Modelle gearbeitet, um die Effizienz in der Produktion von Biopharmazeutika zu steigern.

Zelllinien-Engineering

In diesem Forschungsfeld geht es um die Verbesserung von CHO Zellen in ihrer Funktion als Zellfabrik. Zum einen soll die Wachstumsrate erhöht werden, um mit mehr Biomasse die Ausbeute an Therapeutika zu erhöhen, zum anderen sollen Produktivität und Produktqualität gesteigert werden. Dies wird durch die detaillierte Analyse des Verhaltens von Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften auf der Ebene des Transcriptoms und des Proteoms erreicht, um jene Prozesse zu identifizieren, die limitierend sind. Diese werden dann gezielt optimiert, um die Effizienz und Ausbeute in der industriellen Produktion zu erhöhen. Dazu bedient man sich Methoden wie Genetic Engineering (dem Einbringen von fehlenden Genen bzw. deren erhöhte Expression) oder der Entwicklung verbesserter Selektionsmethoden für die Etablierung effizienter Zellfabriken geschehen.

COMET


Eine wichtige Förderschiene des acib ist das FFG COMET-Programm (Competence Centres for Ecellent Technologies; gefördert vom BMVIT, BMWFW und den Bundesländern Steiermark, Wien, Niederösterreich und Tirol). acib wird als K2 Kompetenzentrum gefördert. Das COMET Programm wird von der FFG abgewickelt. In der derzeitigen Förderperiode (2015 – 2019) arbeitet acib mit einem Volumen von 65 Millionen Euro in 56 Projekten mit 18 wissenschaftlichen und 53 Industriepartnern.

MORE ABOUT COMET

MANAGEMENT
MATHIAS DREXLER
MATHIAS DREXLER

CEO
BERND NIDETZKY
BERND NIDETZKY

CSO
INFRASTRUKTUR

Eingegliedert in das wissenschaftliche Institutsnetzwerk von Universitäten, ermöglicht acib den Zugang zu modernster biotechnologischer Infrastruktur auf höchstem Qualitätsstandard. Die verschiedenen Groß- und Spezialgeräte sehen Sie in unserer Übersicht.


Industrielle Pilotanlage

Die Pilotanlage ist multifunktionell für Fermentationen und Downstream Prozessierung von Biomolekülen unter GMP-ähnlichen Bedingungen anwendbar. Die Anlage ist für die Forschung und Entwicklung zahlreicher biotechnologischer Prozesse geeignet und mit aktuellen Instrumenten für das Upstream- und Downstream-Processing im Bereich von 30 bis 1.600L ausgestattet. Das vorhandene Equipment umfasst: Bioreaktoren, Abscheider, Homogenisierer, Filtrationsausstattung, Ultra- und Diafiltration, Chromatographiesysteme, Reaktionsbehälter.

STANDORT: BOKU Wien

Mikrobielle Fermentation und Bioprozessentwicklung

Am Institut für Umweltbiotechnologie wird die Prozessentwicklung für mikrobielle Fermentation vor allem in folgenden Bereichen durchgeführt: für die Verstoffwechselung von erneuerbaren Rohstoffen, für die Produktion von Mikroorganismen für Tiernährstoffe und Pflanzenschutz, für die Produktion von Bioplastik, für Enzymtechnologie sowie für anaerobe Bioprozesse. Die Einrichtung bietet eine Fermentationsausrüstung vom Labormaßstab (1-60L) bis zum Pilotmaßstab (6.000L) und inkludiert auch die notwendige Infrastruktur für Downstream Prozesse. Die Pilot-Fermentationsanlage ist für die Produktion von lebenden Zellen konfiguriert, das Downstream Processing konzentriert sich auf die Auftrennung von Biomasse und/oder Aufkonzentriertung (Zentrifugation, Filtration) sowie Trocknungsprozesse (Lyophilisierung, Wirbelschichttrocknung). Proteinaufreinigung ist im Labormaßstab möglich.

STANDORT: Pilotanlage IFA Tulln

LUMISizer (Analytische Zentrifuge)

Der LUMiSizer misst die Extinktion von transmittiertem Licht (orts- und zeitauflösend) über die gesamte Probenlänge bei gleichzeitiger Zentrifugation und ermöglicht damit die Ermittlung von Partikel- und Tröpfchengeschwindigkeit für Aufrahmungs- und Sedimentationserscheinungen, ohne dafür Materialdaten zu benötigen. Die Trennung nach verschiedenen Teilchengrößen ist mit einer hohen Auflösung und für bis zu 12 Proben parallel möglich. Die Proben können dabei auch unterschiedliche Vikositätslevel aufweisen. Die Anwendung ist bei Temperaturen von 4°C bis 60°C möglich und Proben können sowohl wässrig als auch nicht wässrig sein.

STANDORT: BOKU Wien

Nano DSC (Dynamisches Differenzkalorimeter)

Das dynamische Differenzkalorimeter Nano DSC dient zur Charakterisierung der molekularen Stabilität von in Lösemittel verdünnten Biomolekülen. Der Vorteil dieses Gerätes ist das deutlich verringerte Probenvolumen durch eine Zellengröße von nur 300 µL. Thermoelektrische Festkörperelemente sorgen für eine präzise Temperaturregelung im Bereich von -10°C bis 130°C und der integrierte Präzisionslinearaktuator hält in der Zelle einen konstanten oder variabel geregelten Druck bis zu 6 Atmosphären. Das Gerät ermöglicht die detaillierte Charakterisierung molekularer Bindungsereignisse und Strukturstabilität. Anhand der thermodynamischen Bindungssignaturen lassen sich nicht nur die Kraft eines Bindungsereignisses, sondern auch die spezifischen oder unspezifischen Antriebskräfte ermitteln. Es kann daher die Proteinstabilität und Wärmekapazität, das Aggregations- sowie das Bindungsverhalten bei verschiedenen Prozessbedingungen analysiert werden.

Für weitere Anfragen wenden Sie sich bitte an Martin Trinker.
Mehr Information: Austrian Research Infrastructure