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Information für die Wissenschaft Nr. 41 | 18. Juli 2018
Schwerpunktprogramm „Neuartige Produktionsverfahren durch skalenübergreifende Analyse, Modellierung und Gestaltung von Zell-Zell- und Zell-Bioreaktor-Interaktionen (InterZell)“ (SPP 2170)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Neuartige Produktionsverfahren durch skalenübergreifende Analyse, Modellierung und Gestaltung von Zell-Zell- und Zell-Bioreaktor-Interaktionen (InterZell)“ (SPP 2170) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Die Ausschreibung lädt ein zur Einreichung von Projektskizzen für die erste dreijährige Förderperiode als ersten Evaluierungsschritt vor der Einreichung von Vollanträgen.

Mehr als 95 Prozent der mikrobiellen Flora sind nicht in Rein-, sondern nur in Mischkultur kultivierbar (biological dark matter). Deren Potenzial zur Herstellung von Naturstoffen und Biopharmaka (inkl. Antibiotika) kann mit der bislang dominierenden Vorgehensweise der Reinkultur bestenfalls erahnt werden. Gleichzeitig bietet die rasante Entwicklung der synthetischen Biologie neue Möglichkeiten, bereits gut etablierte Laborsysteme wie zum Beispiel Escherichia coli gezielt so zu verändern, dass einzelne Stämme individuelle Produktionsaufgaben optimal übernehmen und nur durch deren Symbiose in der Mischkultur die Herstellung des Zielprodukts gelingt.

Sind Bioprozesse neu entwickelt, so sollten die Leistungsdaten aus dem Labor ohne Verluste in den großvolumigen Produktionsmaßstab übertragen werden. Dies setzt ein tief gehendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den produzierenden Zellen und den teilweisen harschen – insbesondere durch Bioreaktor-Inhomogenitäten verursachten – realen Produktionsbedingungen voraus. Obwohl essenziell für die genaue Vorhersage und Optimierung der Prozesse, ist das dafür notwendige quantitative Verständnis leider noch nicht ausreichend vorhanden.

Das Schwerpunktprogramm InterZell setzt daher einen klar umrissenen Forschungsschwerpunkt auf die Zell-Zell- und die Zell-Bioreaktor-Interaktion in biotechnischen Produktionsprozessen zur Herstellung von Grund- und Feinchemikalien, Aromastoffen, technischen oder therapeutischen Proteinen sowie pharmazeutisch wirksamen Komponenten wie Antibiotika oder Vorstufen der Wirkstoffsynthese. InterZell berücksichtigt explizit nicht Zell-Zell-Interaktionen natürlicher Habitate oder biologischer Konsortien der Boden-, Wasser- oder Abluftreinigung, sondern fokussiert auf die Produktion der oben genannten Wertstoffe mit definierten Zellverbünden unter den kontrollierten Bedingungen technischer Bioreaktoren.

Als Produzenten können Mikroorganismen wie zum Beispiel Bakterien, Hefen und Pilze, aber auch Säugerzellen wie CHO (Chinese Hamster Ovary Zellen) und Insektenzellen beziehungsweise phototrophe Zellen wie pflanzliche Zelllinien oder Mikroalgen eingesetzt werden. Monokulturen können in InterZell nur im Rahmen von grundlegenden Zell-Bioreaktor-Studien zum Scale-up (Maßstabsübertragung) verwendet werden. Zell-Zell-Interaktionen sollen durch produzierende, synthetische Mischkulturen in unterschiedlichen Kultivierungsapparaten mit und ohne Zellrückhaltung (auch im Biofilm) erfolgen. Der Begriff „synthetische Mischkultur“ umfasst die synergistische Herstellung eines Zielprodukts entweder durch die neuartige Zusammenführung definierter nativer Stämme oder durch die Ko-Kultivierung gentechnisch veränderter Stämme mit verteilten Produktionsaufgaben.

Generell wird zum einen erwartet, dass neue biotechnische Verfahrensprinzipien auf der Basis von synthetischen Mischkulturen erarbeitet und zum anderen neue Werkzeuge für den erfolgreichen Transfer vom Labor in den technischen Maßstab ohne Leistungsverlust entwickelt werden. Unter Leistungsverlusten werden beispielsweise Einbußen an Produkttiter, -reinheit, Produkt/Substrat-Ausbeute oder Ähnliches verstanden. Im Einzelnen bedeutet dies die Abdeckung von mindestens zwei der nachfolgenden Punkte:

  • quantitative Charakterisierung synthetischer Mischkulturen für Produktionsverfahren
  • Formulierung von prozesstechnischen und Metabolic-Engineering-Strategien für die Konstruktion synthetischer Mischkulturen
  • Stammkonstruktion für Mischkulturen
  • Erarbeitung von fermentationstechnischen Verfahren und Apparaten für die Untersuchung des Scale-up-Verhaltens und die Kultivierung von Mischkulturen
  • Erarbeitung von Modellierungs- und Regelungskonzepten
  • Entwicklung von quantitativen Methoden und Modellen zur Identifizierung möglicher Leistungsverluste während des Scale-up
  • Entwicklung von Scale-up-Strategien zur Vermeidung von Leistungsverlusten im Produktionsmaßstab
  • Entwicklung von besonders robusten Wirtssystemen für den Scale-up

InterZell hat insbesondere die Vernetzung von Ingenieuren und Naturwissenschaftlern zum Ziel. Daher wird der Leitgedanke verfolgt, eine enge Interaktion zwischen Ingenieur- und Naturwissenschaften einerseits und die thematische Verknüpfung von Theorie und Experiment andererseits zu erreichen. In diesem Sinn erfüllen gruppenübergreifende Kooperationsvorhaben beispielsweise zwischen Ingenieuren und Biologen das Grundkonzept in besonderer Weise. Es wird davon ausgegangen, dass maximal eine Doktorandin beziehungsweise ein Doktorand pro Arbeitsgruppe gefördert werden kann. Anträge für Einzelförderungen sollten deutlich die gleichermaßen natur- und ingenieurwissenschaftliche Thematik herausstellen. Die einseitige Fokussierung auf ausschließlich natur- oder ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen entspricht nicht dem Leitgedanken von InterZell.

Antragstellerinnen und Antragsteller werden gebeten, bis spätestens 15. September 2018 Antragsskizzen in englischer Sprache (max. 2 Seiten; kurze Themenbeschreibung, Angabe zu den Antragstellenden, grobe Schätzung zu den gewünschten Mitteln) für die erste Förderperiode (drei Jahre) in elektronischer Form (pdf-Format) an den Koordinator des Schwerpunktprogramms zu schicken. Sollte eine sehr große Anzahl von Antragsskizzen eingereicht werden, behält sich die DFG-Geschäftsstelle vor, anhand der Antragsskizze und unter Beteiligung von Gutachterinnen und Gutachtern eine Vorauswahl von Skizzen zu treffen, die zur Abfassung eines Vollantrags aufgefordert werden.

Die Antragsfrist für die Vollanträge ist der 23. Januar 2019. Das Antragskolloquium soll voraussichtlich im April 2019 stattfinden. Vollanträge sind in englischer Sprache zu erstellen und über das elan-Portal der DFG einzureichen. Sie müssen das DFG-Merkblatt 54.01 zu Sachbeihilfen (Leitfaden für die Antragstellung, Hinweise im Merkblatt Schwerpunktprogramm 50.05, Teil B) berücksichtigen. Wählen Sie bei Antragseinreichung das Schwerpunktprogramm „SPP 2170“ aus der angebotenen Liste der Ausschreibungen aus.

Handelt es sich bei dem Antrag innerhalb dieses Schwerpunktprogramms um Ihren ersten Antrag bei der DFG, berücksichtigen Sie bitte, dass Sie sich bis zwei Wochen vor der Antragstellung im elan-Portal registrieren müssen. Die Bestätigung der Registrierung erfolgt in der Regel bis zum darauffolgenden Arbeitstag. Ohne vorherige Registrierung ist eine Antragstellung nicht möglich.

Weiterführende Informationen

Das elan-Portal der DFG zur Einreichung der Anträge finden Sie unter:

Die Merkblätter DFG-Vordruck 50.05 und 54.01 stehen unter:

Fragen zu den wissenschaftlichen Zielen des Schwerpunktprogramms richten Sie bitte an den Koordinator:

  • Prof. Dr. Ralf Takors,
    Institut für Bioverfahrenstechnik,
    Universität Stuttgart,
    Allmandring 31,
    70569 Stuttgart,
    Tel. +49 711 685-64535,
    Link auf E-Mailtakors@SPP2170.org

Auskünfte zur Antragstellung bei der DFG erteilen:

Hinweis:

Diese "Ausschreibung - Information für die Wissenschaft" ist unter Interner Linkwww.dfg.de/foerderung/info_wissenschaft/2018/info_wissenschaft_18_41/
erreichbar. Bitte verwenden Sie ausschließlich diese URL, um das Dokument zu zitieren oder per Link einzubinden.