Biotechnologische Proteinproduktion

44B0660

Bachelor

Deutsch

5.0

nur Sommersemester

Das Modul wird als 2-semestriges Modul geführt.

Der Vorlesungsteil der Lehrveranstaltung wird nur im Sommersemester angeboten und muss vor dem Praktikum besucht werden. Das Praktikum findet in den zwei Wochen vor Beginn der Vorlesungszeit statt.

max. Teilnehmer: 12

2 Semester

Das Modul ist in der Planung über zwei Semester angesetzt.

Das Modul besteht aus einem Vorlesungsteil (2 SWS) mit Klausur (1h) im Sommersemester.

Der Praxisteil wird in einem zweiwöchigen, ganztägigen Blockpraktikum vor Beginn der Vorlesungen des Wintersemesters durchgeführt und wird durch Abgabe eines Berichts (Experimentelle Arbeit) bewertet.

In diesem Modul sollen die Grundlagen, Möglichkeiten und Grenzen der biotechnologischen Proteinproduktion vermittelt werden. Thematsiert werden dabei die notwendigen bioinformatischen, gentechnischen und analytischen Methoden sowie bestehende Herausforderungen für eine erfolgreiche Proteinexpression. Behandelt werden zudem aktuelle industriell bedeutende Systeme und Konzepte der Proteinproduktion wie z.B. humane, tierische und pflanzliche Zellkulturen, Molekular Pharming, (a)zelluläre Landwirtschaft, Single Cell Proteins usw.

In einem zweiwöchigen Blockpraktikum wird das erlernte Wissen aus der Vorlesung dann angewandt. Dafür wird der gesamte Prozess einer Proteinproduktion von dem Upstreamprocessing (Herstellung von genetisch veränderten Mikroorganismen, Ansetzen der Vorkulturen) über die fermentative Proteinproduktion bis zum Downstreamprocessing (Zell- und Proteinernte, Proteinanalyse mittels SDS-PAGE, Proteinquantifizierung und Berechnung der Ausbeute) durchgeführt.

• Vorlesung (2 SWS, Sommersemester):

1. Einführung, Definitionen und Begrifflichkeiten, wirtschaftliche Bedeutung von Proteinen
2. Bioinformatische Grundlagen
3. Grundlagen der Proteinexpression
4. Zellkulturen
5. Molecular Pharming
6. Alternative Proteine
7. Zelluläre Landwirtschaft
8. Azelluläre Landwirtschaft
9. Single Cell Proteins
10. Proteinanalytik 

• Praktikum (2 Wochen, Wintersemester):

1. Heterologe Proteinexpression in E. coli
       ⁃    USP: Transformation, Kolony-PCR, Vorkultur(en)
       ⁃    Produktionskultur(en) in Schüttelkolben und im Fermenter
       ⁃    DSP: Ernte, Zellaufschluss, Proteinbestimmung, SDS-PAGE, Ausbeute über Enzymaktivität
2. Homologe Proteinexpression in Aspergillus niger
       ⁃    Produktionskultur im Fermenter
       ⁃    DSP: Ernte, Proteinbestimmung, SDS-PAGE, Ausbeute über Densitometrie
3. Auswertung und schriftlicher Bericht

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Klausur und experimentelle Arbeit oder
• mündliche Prüfung und experimentelle Arbeit

Die Standardprüfungsart ist eine 1-stündige Klausur und die experimentelle Arbeit mit einem schriftlichen Bericht. Die Prüfungsformen werden folgendermaßen gewertet: K1+EA (0,3+0,7).

Die mündliche Prüfung als alternative Prüfungsart zur Klausur ist ggf. von der Prüfenden auszuwählen und dann bei Veranstaltungsbeginn bekannt zu geben.

Klausur 1-stündig

Schriftlicher Bericht zur experimentellen Arbeit: 10 - 15 Seiten

In dem Modul wird das Wissen aus folgenden Modulen vorausgesetzt:

• Biochemische Grundlagen
• Biotechnologie und Enzymtechnik
• Bioverfahrenstechnik und Downstreamprocessing

Hilfreich sind darüber hinaus die Inhalte und das erfolgreich absolvierte Praktikum des Moduls "Molekularbiologische Analyseverfahren".

Beruhend auf dem bereits erworbenen Grundwissen in Proteinbiochemie, Biologie und Bioverfahrenstechnik lernen die Studierenden konkrete Anwendungsfelder, Methoden und Konzepte der Proteinproduktion kennen.

Die Studierenden können die wesentlichen industriellen Produktionsformen von Proteinen und deren zugrundeliegenden, methodischen und wissenschaftlichen Herausforderungen unterscheiden und verstehen.

Die Studierenden sind in der Lage die Eigenschaften und die zu erzielende Anwendung eines Proteins mit den verschiedenen Produktionsmethoden und -organismen kritisch zu reflektieren.

Die Studierenden können biotechnologische Methoden der Proteinproduktion im Labor anwenden, auswerten und wissenschaftlich beschreiben und diskutieren.

Die Studierenden überprüfen Forschungshypothesen im Laborpraktikum mithilfe geeigneter biotechnologischer Labormethoden und analysieren und interpretieren ihre erzielten Ergebnisse eigenständig im Kontext des erworbenen Wissens.

Die Studierenden können ihre Arbeitsergebnisse mündlich und schriftlich in klar strukturierter und formal wissenschaftlich korrekter Form präsentieren.

Die Studierenden können praktische Erfahrung im Fermentieren von Proteinen sammeln und so wichtige Fähigkeiten für Bioverfahrenstechniker*innen entwickeln bzw. festigen.

Das Modul knüpft an Module, wie Biochemische Grundlagen, Biotechnologie und Enzymtechnik und Bioverfahrenstechnik an. Bereits erworbenes Wissen zur Molekularbiologie und Mikrobiologie kann sinnvoll angewandt werden. Thematisch stellen die Inhalte des Moduls eine Verknüpfung von Agrarwissenschaften und Lebensmittelwirtschaft her.

• Bioverfahrenstechnik in Agrar- und Lebensmittelwirtschaft B.Sc. (01.09.2018)

• Bioverfahrenstechnik in der Lebensmittelindustrie B.Sc. (01.09.2025)

• Dirks-Hofmeister, Mareike

Dr. Christine Leufken