Streptavidin ist ein Protein aus dem Bakterium Streptomyces avidinii. Aufgrund seiner einzigartigen Bindeeigenschaften an das Vitamin Biotin findet es Anwendung in einem vielfältigen molekularen Methodenspektrum, wie z.B. in der DNA-Analytik, dem Nachweis von Trinkwasserkeimen, der medizinischen Diagnostik oder der Reinigung von Proteinen und ersetzt dabei viele vormals radioaktive Detektionsverfahren.  

Probleme in der Herstellung und Reinigung des Proteins bedingen seinen hohen Preis. Im Rahmen dieser Promotionsarbeit sollen daher ressourcenschonende Verfahren entwickelt werden, mit denen das Produkt vereinfacht hergestellt und gereinigt werden kann, um es kostengünstiger verfügbar zu machen. Das Projekt gliedert sich dabei in drei Teile. 

1.) Durch eine verfahrenstechnische Optimierung werden Prozesse konzipiert und untersucht, um eine effiziente Streptavidin-Herstellung mithilfe des filamentös wachsenden Ursprungsorganismus Streptomyces avidinii zu ermöglichen. Der Organismus wird dabei auf das Produktionsverhalten in verschiedenen Kultivierungsmaßstäben hin untersucht. Die Optimierung wird durch modellbasierte Versuchsplanungsansätze gestützt. Als zentrale Einflussgröße für eine verbesserte Produktbildung erwies sich in den bisherigen Studien die Morphologie, zur Kontrolle derer verschiedene Methoden untersucht wurden.

2.) Im zweiten Projektteil werden alternative Expressionssysteme für das Protein gentechnisch erzeugt und in rekombinanten Prozessen genutzt. Hierbei soll die Toxizität von Streptavidin, die ein zentrales Problem solcher Systeme darstellt, minimiert, und so alternative Organismen für die Streptavidin-Herstellung zugänglich gemacht werden. Derzeit befinden sich Organismen verschiedener Komplexität in der Charakterisierungsphase im Bezug auf ihre Eignung für die Streptavidin-Herstellung. Die finale Evaluierung der Produktionsorganismen zielt auf die Konzipierung möglichst ökologischer Produktionsbedingungen im Bezug auf das verwendete Substrat und die notwendige Prozesslaufdauer ab und soll im den Bioreaktor-Maßstab erfolgen.

3.) Im dritten Projektteil soll die Etablierung einer neuen Reinigungsstrategie für das Produkt Streptavidin erfolgen, da die derzeitige Methode mit Stabilitätsproblemen behaftet ist, weshalb das Material häufig erneuert werden muss, und zudem auf ein sehr kostspieliges Reinigungsmaterial baut. Eine neue Reinigungsmethode kann daher maßgeblich zu einer ökologischeren Ausrichtung des Gesamtprozesses beitragen.

Zur Herstellung von Streptavidin mit S. avidinii wurde im Februar 2013 eine Veröffentlichung im Journal of Biotechnology publiziert. Dort wird die verfahrenstechnische Entwicklung eines sogenannten Zulaufprozesses beschrieben, welcher durch deutlich gesteigerte maximale Produktkonzentrationen eine ressourcenschonendere Herstellung des Proteins ermöglicht.

Im Rahmen des Projektes wurde weiterhin ein schnelles Nachweisverfahren für Biotin-blockierte Bindestellen des Proteins Streptavidin entwickelt, welches in Engineering in Life Sciences veröffentlicht wurde. Dieses Verfahren ermöglicht eine gezieltere Optimierung der Medienzusammensetzung für die Anzucht von Streptavidin-Produzenten und die Quantifizierung der Produktqualität anhand der Bioaktivität von Streptavidin.

Produktionsstudien mit dem biotechnologischen Standardbakterium Escherichia coli führten zu einer weiteren Publikation im Journal of Biotechnology. Der Artikel handelt von der Analyse und Optimierung vielfältiger genetischer und prozesstechnischer Faktoren, welche zu besseren Produktbildungseigenschaften beitragen.

Weiterhin wurden Artikel zur Produktion des Proteins mit den Hefen Pichia pastoris (Biotechnology Progress) und Hansenula polymorpha (Journal of Biotechnology) publiziert, welche sowohl verfahrenstechnische, als auch gentechnische Einflussfaktoren berücksichtigen. Für P. pastoris umschlossen die Studien auch eine modellbasierte Charakterisierung der optimierten Prozessbedindungen.