Bachelorarbeiten 2022 Biotechnologie - ZHAW
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Bachelorarbeiten
2022
Biotechnologie
Selbstständiges Arbeiten, Kreativität, Teamfähigkeit, Kommunikation und ganzheitliches Denken sind gefragt.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort 5 Predali Michael 34
Die Diplomandinnen und Primavera Jacqueline 35
Diplomanden
Radovic Jelena 36
Alder Timon 6
Romer Jonas 37
Bärtschiger Linda 7
Schwalm Tanja Fiona 38
Benak Tamara 8
Sellathurai Vaitheki 39
Bislin Laurin 9
Simonenko Viktoriia 40
Brütsch Vanessa 10
Starace Elisa 41
Ehrhart Andry 11
Strässle Salome 42
Erne Cheryl 12
Uhlemann Tom 43
Fariello Sandra 13
Valär Fionn 44
Flükiger Sandro 14
Wehrli Philipp 45
Franzen Norine 15
Widmer Ivan 46
Gähwiler Sandra 16
Zumbihl Muriel Margaux 47
Greuter Dominique 17
Grob Lara 18
Institut für Chemie und 49
Hagmann Christina Kiho 19 Biotechnologie
Hausherr Lukas 20 Perspektiven: 50
Hönger Michael 21 Master und Weiterbildung
Hunkeler Rico 22 Porträt Masterabsolventin: 53
Britta Manser
Iacopino Carmen 23
Internationaler Austausch 54
Jovanovic Katarina 24
Forschungsprojekt:
Kremenovic Valentina 25 Online-Messung der Biomassen-
konzentration 56
Laube Selina 26
Lüthi Loris 27 ALUMNI ZHAW 58
Meier Janine 28 ZHAW LSFM 59
Meister Larissa 29
Michlig Patrick 30
Moser Jeannine 31
Ott Luana 32
Picozzi Tara 33
3
Die Absolventinnen und Absolventen des Bachelorjahrgangs BT19 4
Vorwort
Wädenswil, Oktober 2022
Liebe Absolventinnen und Absolventen des BT19
Unseren herzlichsten Glückwunsch zu Ihrem erhaltenen Diplom «Bachelor of Sciences
ZFH in Biotechnologie»! Sie haben es sich nach ereignisreichen Studienjahren redlich
verdient.
Im Jahr 2019 starteten Sie in Ihr Studium in Erwartung von drei Jahren Campus- und
Laborerfahrung, die Ihnen die Wissenschaft der Biotechnologie näherbringen sollte.
Doch das Leben hatte anderes vor und nach Ihrem ersten Semester bereitete die Corona-
Pandemie Ihrem Studierendenleben auf dem Campus vorläufig ein Ende. Aus analogem
Frontalunterricht wurden innert einer Woche digitale Unterrichtseinheiten, die Sie weitge-
hend allein vor Ihrem Computer absolvierten – und das für ganze drei Semester.
Ausnahmeregelungen wurden die Regel, es wurden strenge Kleingruppen-Einteilungen
für die wichtigsten Laboreinheiten vorgenommen. Im plötzlichen gesellschaftlichen Wan-
del mussten Lebens- und Lernalltag umorganisiert werden. Sie alle mussten Flexibilität
und Durchhaltevermögen beweisen und sich neue Lernstrategien aneignen. Wie schon
Aristoteles (384 bis 322 v. Chr.) sagte:
«Wir können den Wind nicht ändern, aber die Segel anders setzen».
Ihr Diplom beweist: Sie haben Ihr Ziel nicht aus den Augen verloren. Sie haben sich ver-
tieftes biotechnologische Fachwissen angeeignet und sich den veränderten Lern- und
Lehrbedingungen erfolgreich gestellt.
Wir wünschen Ihnen – unserer 25. Biotechnologie-Absolventenklasse – weiterhin hohe
Flexibilität und Konsequenz bei der Realisierung Ihrer Ziele auf dem beginnenden Karriere
weg und bei all Ihren privaten Vorhaben.
Mit herzlichen Grüssen,
Susanne Dombrowski
Leiterin Studiengang Biotechnologie
5
Digitale Prozessanalyse: Möglichkeiten und
Chancen für die Biotechnologie (vertraulich)
Diplomand Timon Alder
Korrektorinnen ZHAW Dr. Judith Krautwald, Simone Heuri
Das Projekt unterliegt der Vertraulichkeit. Die Arbeit wird nur gen, dass sowohl datenwissenschaftliches als
summarisch zusammengefasst.
auch prozesstechnisches Knowhow wichtig
Maschinelles Lernen (ML) erhielt in jüngster ist zur Durchführung von ML-Projekten. An die-
Zeit viel Aufmerksamkeit, doch der Einstieg sem Punkt setzen sogenannte AutoML-Tools
zur Arbeit mit datengetriebenen Methoden ist an, welche grosse Teile von ML-Prozessen
komplex und setzt unterschiedliches Fachwis- automatisieren. Dies wird von den Tools mit
sen voraus. Diese Arbeit legt den Grundstein, unterschiedlichen AutoML-Prozessmodellen
um die Forschungsaktivität der Fachgruppe gelöst, was jedoch nicht ausschlaggebend
Chemical Engineering im Bereich ML zu ver- ist für die Wahl des richtigen Tools. Wichtiger
stärken. Sie dient zukünftigen Studierenden sind die Zielsetzung und der Datenbestand
als solide Grundlage, um selbstständig Pro- des ML-Projekts, wie der auf die Produktions-
jekte aus der Industrie zu bearbeiten. Dafür domäne ausgelegte Tool-Vergleich gezeigt hat.
wurden vorgängig die theoretischen Inhalte Das für diese Arbeit favorisierte Tool «H2O-
und Begrifflichkeiten erarbeitet und es wur- AutoML» bot einen hohen Automatisierungs-
de aufgezeigt, dass sich ML nur schwer von grad und nützliche Grafiken zur Erklärbarkeit
anderen Disziplinen der Data Science abgren- der Modelle, jedoch nur bedingt Möglichkei-
zen lässt. Mit einem anwendungsorientierten ten zur Datenaufbereitung. Angewandt am
Fokus wurde gezeigt, dass die Datenqualität Praxisbeispiel, mit einem Datenbestand aus
und -quantität Einfluss haben auf die Wahl 58 Stammzellen-Kultivierungen, wurden mit
der Lern-Algorithmen und damit auf die klas- «H2O-AutoML» binäre Klassifikationsmodelle
sischen Aufgabentypen, die mittels ML bear- generiert. Diese vermochten bereits am fünf-
beitet werden. Weiter wurde mit CRISP-DM ten Differenzierungstag vorauszusagen, ob die
ein industrieübergreifendes Prozessmodell zur Kardiomyozyten-Konzentration über oder unter
Durchführung von ML-Projekten vorgestellt. 90 % ausfallen wird. Die AutoML-Modelle über-
Ein Praxisbeispiel – die Analyse von Stammzel- zeugten durch ihre Performance, gewichteten
len-Kultivierungen – wurde in die fünf Phasen die Features jedoch anders als die Modelle des
des Modells einge- Praxisbeispiels.
gliedert, um zu zei-
Abb. 1: CRISP-DM steht
für Cross Industry Stan-
dard Process for Data
Mining und gliedert das Abb. 1: Die mittels AutoML erstellten Klassifikationsmodelle
Vorgehen von ML-Projek- wurden in Bezug auf ihre Performance mit denen des
ten in sechs Phasen. Praxisbeispiels, der Stammzellenkultivierung, verglichen.
6
Hitzeresistenz von Mikroorganismen bei
der Sanitisierung von membranbasierten
WFI-Anlagen (vertraulich)
Diplomandin Linda Bärtschiger
Korrektoren ZHAW Prof. Dr. Dieter Eibl, Dr. Gottfried Dasen
Korrektor extern MSc Felix Thiele, BWT AQUA AG
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma BWT AQUA AG
eine zuverlässige Abtötung der drei relevan-
durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit
hier nur summarisch zusammengefasst. ten Bakterien bereits bei einer Sanitisierungs
temperatur von 55 °C erfolgen kann.
Die membranbasierte WFI-Erzeugung (Water
for Injection) entspricht dem heutigen Stand
der Technik. Um ein mikrobiologisches
Wachstum in kalten WFI-Anlagen zu verhin-
dern, wird in der Praxis eine regelmässige
Sanitisierung bei 75 °C und einer Haltezeit
von 20 bis 30 Minuten durchgeführt. Das ist
nicht nur zeit- und energieaufwendig, sondern
strapaziert diverse Materialien, welche in einer
WFI-Erzeugungsanlage verbaut sind.
Im Rahmen der Bachelorarbeit wurden mit-
tels einer Risikoanalyse kritische Bakterien Abb. 1: Streudiagramm aus der Messung mittels Durch-
flusszytometrie. Dargestellt ist R. pickettii vor der Hitze
im Umfeld von Wasser für Injektionszwecke
einwirkung.
identifiziert. Für Ralstonia pickettii, Burkhol-
deria cepacia und Methylobacter mesophi-
licum wurde die Hitzeresistenz in Reinst-
wasser und somit auch die Auswirkungen
einer niedrigeren Sanitisierungstemperatur
untersucht. Hierfür wurden die Abtötungs
kinetiken in einem Versuchsaufbau mit einem
Probevolumen von einem Milliliter aufgenom-
men. Die verwendeten Messmethoden waren
das Oberflächenausstrich-Verfahren und die
Durchflusszytometrie. Zudem wurden die
Sterilisationsparameter D-Wert und z-Wert
berechnet.
Abb. 2: Streudiagramm aus der Messung mittels Durch-
flusszytometrie. Dargestellt ist R. pickettii nach der Hitze
einwirkung von 30 Minuten bei 60 °C.
7
Integration von GFP in das Genom vom
felinen Calicivirus zur Bestimmung der antiviralen
Aktivität von Textilien (vertraulich)
Diplomandin Tamara Benak
Korrektoren ZHAW Prof. Dr. Martin Sievers,
Dipl.-Ing. (FH) Tobias Wermelinger
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Nach dem Klonieren der Fragmente in einen
Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur sum-
Vektor konnte mRNA gewonnen und in
marisch zusammengefasst.
Säugerzellen transfiziert werden, wobei ein
In diesem Projekt, welches auf einem Inno grün detektiertes Leuchten der Zellen unter
suisse-Projekt basiert, geht es um die Ent- dem Fluoreszenzmikroskop den Erfolg der
wicklung von Prüfverfahren, um die antivirale Klonierungsstrategie bestätigen würde, was in
Aktivität von Textilien bestimmen zu können. diesem Projekt der Fall war.
Dabei wurde das von der ISO-Norm 18184
vorgeschlagene Calicivirus als Testvirus ver-
wendet. Aufgrund der Grösse des Virus-
genoms wurde dieses in vier Fragmente
unterteilt, worauf diese über unterschiedliche
Klonierungsstrategien miteinander verknüpft
werden konnten. Entscheidend bei dieser
Arbeit ist das Reporterprotein «GFP», welches
die Auszählung von Viren vereinfachen kann.
Abb. 2: CHO-Zellen unter dem Fluoreszenzmikroskop mit
den integrierten Plasmiden des Vektors.
Abb. 1: Dreidimensionale illustrierte Abbildung des Cali
civirus, welches seine Konformation nach Kontakt mit dem
Rezeptor ändert (Conley, 2020).
8
Bioprozessetablierung einer ölhaltigen Hefe für
ein innovatives Food Product (vertraulich)
Diplomand Laurin Bislin
Korrektor ZHAW Dr. Lukas Neutsch
Korrektor extern MSc Dimitri Zogg, Cultivated Biosciences
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. ments (DoE) ein Screening durchgeführt. Die
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Cultivated Bio
Prozessetablierung fand in einem 6-Liter- und
sciences durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird
die Arbeit hier nur summarisch zusammengefasst. einem 20-Liter-Bioreaktor statt.
Mikrobielle Lipide haben das Potenzial, Milch- Im Rahmen der Prozessentwicklung konnten
fett bei der Herstellung von Lebensmitteln zu die Lipidproduktion und Biomasseausbeute
ersetzen, denn Milchalternativen auf pflanz- um ein Vielfaches gesteigert werden. Weitere
licher Basis bieten nicht das gleiche senso- Versuche sind erforderlich, um die Biomasse
rische Erlebnis wie tierische Milchprodukte. und die Lipidkonzentration weiter zu erhöhen
Ebenfalls kann durch einen geringeren Einsatz und den Prozess so wirtschaftlich zu machen.
von pflanzlichen Fetten wie z. B. Palmöl die
Abholzung von Wäldern verringert werden,
denn die Herstellung mikrobieller Lipide erfor-
dert keine Anbauflächen.
Für die Prozessentwicklung wurden mit dem
Wildtyp einer ölhaltigen Hefe Lipide in Form
von Triacylglyceriden produziert. Die Hefe Abb. 1: Links auf dem Bild sind Hefezellen zu Beginn der
Kultivierung mit einer niedrigen Lipidakkumulation zu sehen.
konnte mittels kostengünstiger Kohlenstoff-
Auf der rechten Seite ist eine Hefezelle nach der Lipidakku-
quellen Lipide herstellen, die mehr als 40 % mulation dargestellt, dabei sind die Lipide grün eingefärbt.
des Zelltrockengewichts ausmachen.
Das Hauptziel der Arbeit lag darin, einen
Bioprozess zu etablieren, welcher sich zur
Herstellung von mikrobiellen Lipiden eig-
net. Anschliessend sollte die Biomasse- und
Lipidproduktion optimiert werden, was die
Maximierung von drei Kriterien betrifft: des
Lipidgehalts in den Zellen, der Biomassebil-
dung und der Ausbeute bei der Umwandlung
von Substrat in Lipide. Dazu wurden Kultivie-
rungseigenschaften, unterschiedliche Pro-
zessmodi und Medienkomponenten optimiert. Abb. 2: Darstellung des 20L-Bioreaktors, der zur Kultivie-
Zudem wurde mit Hilfe von Design of Experi- rung der Hefen verwendet wurde.
9
Epidermismodelle mittels N/TERT1-Zellen und ihr
Potenzial für die Entwicklung eines Testsystems
oxidativer Stressoren
Diplomand Vanessa Brütsch
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Jack Rohrer, Dipl.-Ing. (FH) Jenny Pally
In der Europäischen Union sind seit 2013 Tier- neues, sensitives und stressspezifisches Test-
versuche für kosmetische Produkte verboten system generieren. Die Fähigkeit der Zellen
und es dürfen auch keine Produkte, welche N/TERT1 RC#101, die Expression des
an Tieren getestet wurden, vermarktet wer- Reportergens SEAP unter oxidativem Stress
den. Dies macht den Einsatz von alternativen zu induzieren, konnte mittels SEAP-Assay
Testsystemen unumgänglich. Eine Möglichkeit nachgewiesen werden. So konnte mit einer
bieten Hautmodelle, welche bereits kommer- Zimtaldehyd-Behandlung eine Induktion der
ziell erhältlich sind. Diese werden allerdings SEAP-Aktivität um bis das 134-fache erreicht
mit primären Keratinozyten erstellt, welche werden. Die Bildung von Epidermismodellen
einige Nachteile besitzen, z. B. die begrenzte mit transduzierten N/TERT1-Zellen war eben-
Verfügbarkeit durch die limitierte Proliferations falls erfolgreich. Die Modelle wurden histolo-
fähigkeit und die hohe Variabilität zwischen gisch analysiert und die innere und äussere
den Spendern. Eine Zelllinie könnte Abhilfe Barriere erwies sich bei der Prüfung als intakt.
schaffen. Daher wurden N/TERT1-Zellen Histologisch konnten alle relevanten Schich-
(immortalisierte Keratinozyten) für die Bildung ten nachgewiesen werden. So scheinen die
von humanen Epidermismodellen verwendet. N/TERT1-Zellen ein hohes Potenzial zu besit-
Um den oxidativen Stress der Zellen nachzu- zen für die Entwicklung eines neuen Testsys-
weisen, welcher beispielsweise durch Kosme- tems in Form eines Epidermismodells. Jedoch
tikprodukte ausgelöst werden kann, wurde konnte aus zeitlichen Gründen kein Assay zu
ein Reporterkonstrukt in die N/TERT1-Zellen oxidativem Stress im 3D-Modell durchgeführt
transduziert. Ein Reporterkonstrukt verbun- werden. Dies sollte in einer nachfolgenden
den mit einem 3D-Hautmodell könnte ein Arbeit untersucht werden.
Abb. 1: Mit Lucifer Yellow behandeltes Modell (14. Tag). Abb. 2: Mit Hämatoxylin und Eosin gefärbtes Epidermis
Lucifer Yellow (grün) dringt aufgrund der intakten Barriere modell (14. Tag). Die Zellen flachen nach oben ab und
der Hornschicht nicht in die tieferen Schichten der Haut ein. verlieren ihren Zellkern.
Pink: Membrane und Zellkerne.
10Prozesstransfer einer High-Seed-Fed-Batch-
IgG-Produktion vom mL-Massstab auf den
Pilotmassstab (vertraulich)
Diplomand Andry Ehrhart
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Regine Schindler-Eibl, MSc Jan Müller
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Für die Versuche wurde mittels ExpiCHO-
Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur sum-
S-Zelllinie in einem ersten Schritt eine N-1-Per-
marisch zusammengefasst.
fusion mit dem Ziel der Inokulum-Produktion
Aktuell gehören monoklonale Antikörper zu durchgeführt. Mit den gewonnenen Zellen
den umsatzstärksten Produkten der moder- wurden verschiedene FB-Versuche angeimpft.
nen Biotechnologie. Daher liegt der Fokus bei Es wurden Low-Seed-Fed-Batches (LSFB)
der Herstellung solcher biopharmazeutischen in Schüttelkolben und ambr®250-Single-Use-
Produkte gegenwärtig auf der Intensivierung Bioreaktoren durchgeführt. Parallel dazu
der Produktionsprozesse. Dabei wird versucht, wurden HSFBs mit höherer Startzelldichte
die Prozesse mit verschiedenen Ansätzen zu inokuliert. Ausserdem wurde ein HSFB im
verbessern und so die Rentabilität zu steigern. Single-Use-Bioreaktor von Sartorius (STD
FLEXSAFE STR®50L) zum Scale-up auf den
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde eine Pilotmassstab realisiert.
Prozessintensivierung für die Herstellung
eines monoklonalen Antikörpers untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem Ansatz
Ziel war es, die mögliche Zeitersparnis mit eines HSFBs der Produktionsprozess inten-
der N 1-Perfusion und einem High-Seed-Fed- siviert werden kann. Auch konnte aufgezeigt
Batch (HSFB) zu untersuchen. Des Weiteren werden, dass die Kapazität an FB-Versuchen
sollte der Prozess vom mL-Massstab auf den pro Jahr um bis zu 58 % gesteigert werden
Pilotmassstab übertragen und beide Prozesse kann. Nicht nur im Produktionsbioreaktor
sollten miteinander verglichen werden. konnte eine Zeitersparnis erzielt werden, son-
dern auch bei der Inoku-
lum-Produktion mit der
N-1-Perfusion. Durch die-
se Methode kann die Her-
stellungsdauer des Inoku-
lums um 19 % verkürzt
und die Produktivität von
Herstellungsprozessen für
biopharmazeutische Pro-
dukte weiter gesteigert
werden.
Abb. 1: Vergleich der IgG-Produktion zwischen den Ansätzen eines HSFB und LSFB.
Die Doppelpfeile veranschaulichen die Zeitersparnis.
11Isolierung von B-Gedächtniszellen mittels Vesikel
zur Produktion von Antikörpern gegen komplexe
Membranproteine
Diplomandin Cheryl Erne
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Jack Rohrer,
Dipl.-Ing. Bettina Keller Abu Seda
Komplexe Membranproteine wie G- Protein- als Modellprotein verwendet.
gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind an ver- In dieser Arbeit konnten verschiedene Vesikel
schiedenen Krankheiten beteiligt und stellen erfolgreich hergestellt (siehe Abb. 1) und die
eine grosse Chance für antikörperbasierte Herstellungsmethoden weiter optimiert werden.
Therapeutika dar. Da diese Proteine in löslicher Dies erfolgte einerseits mit einer mechanischen
Form schwer zu reinigen sind, besteht ein gros- Methode durch Filtration, die bereits in früheren
ses Problem bei der Herstellung von Antikör- Arbeiten verwendet wurde, und andererseits
pern gegen komplexe Membran proteine wie mit einer neuen Methode, die chemische und
GPCRs, da für die Isolierung von antikörper- mechanische Vesikulierungsmethoden kombi-
produzierenden B-Zellen gereinigte Antigene niert (siehe Abb. 2). Die Vesikel wurden mittels
erforderlich sind. FACS, SEM und ESEM (Elektronenmikrosko-
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer pie) sowie DLS (Dynamische Lichtstreuung)
Methode zur Isolierung einzelner B-Gedächt- charakterisiert. Ausserdem wurden sie für das
niszellen aus Millionen von B-Zellen, wobei die erste B-Zell-Sorting verwendet, gefolgt von
isolierten Zellen Antikörper an der Oberfläche einem Antikörpernachweis mittels CELISA (zell-
haben sollen, die eine hohe Affinität gegen basierter ELISA).
GPCRs aufweisen. Dazu sollen Vesikel von Die Herstellung der Vesikel bedarf weiteren
HEK293-Zellen verwendet werden, die das Optimierungen, da verschiedene Aspekte wie
Zielprotein auch an der Oberfläche exprimieren. die Aggregatbildung, geringe Vesikelkonzen-
Aufgrund des nativ vorkommenden Zielproteins trationen und die heterogene Grössenvertei-
auf den Zellen binden die daraus hergestellten lung ein Problem darstellen. Daher waren das
Vesikel an die spezifischen B-Gedächtniszellen. B-Zell-Sorting und der Antikörpernachweis
Somit können mittels FACS (Durchflusszyto- nicht erfolgreich und müssen mit optimierten
metrie) nur diejenigen B-Zellen isoliert werden, Vesikeln wiederholt werden.
die Antikörper gegen das Zielprotein besitzen.
Um die Methode zu etablieren, wird Siglec-9
Abb. 1: Mechanisch vesikulierte HEK293-Zellen unter dem Abb. 2: Schematischer Überblick der Generierung von
SEM (Elektronenmikroskop). nPMVs (chemisch-mechanischen Vesikeln).
12Prüfung der Biokompatibilität von unterschiedlich
hergestellten Zein-Folien und Zein-Nanopartikeln
(vertraulich)
Diplomandin Sandra Fariello
Korrektorin ZHAW Dr. Andrea Baier
Korrektorin extern MSc Besmira Sabani
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Bei den Zein-Nanopartikeln, welche in unter-
Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur sum-
schiedlichen Verhältnissen geprüft wurden,
marisch zusammengefasst.
konnte weder anhand des MTT-Assays noch
Zein ist ein natürliches Biopolymer und wird des CytoTox-Glo™-Cytotoxicity-Assay über
aus Futtermais gewonnen. Durch seine ein- die Messung des LDHs eine für die Zellen
zigartigen Eigenschaften hat Zein grosses zytotoxische Wirkung festgestellt werden.
Potenzial in der Galenik für unterschiedliche Der MTT-Assay bei den Zein-Folien aus einer
Formulierungen in der Pharmazie. In dieser bestimmen Konzentration an Zein-Nanopar-
Bachelorarbeit wird die in vitro Zytotoxizität tikellösung konnte im Vergleich zur Negativ-
von hergestellten Zein-Nanopartikeln und kontrolle eine erhöhte Viabilität nachweisen.
Zein-Folien aus Nanopartikeln mittels einer Die Zein-Folien aus jeweils einer geringeren
Zelllinie als Teil der Biokompatibilitätsprüfung Menge der Partikellösung pro Well führten in
untersucht. Die Prüfung der Biokompatibilität einzelnen Versuchen zu einer Lebendzellzahl
ist für die Verwendung von Zein als in vivo Arz- von unter 70 %. Die Bestimmung des LDHs im
neimittelträger und als Grundlage für die Zell Medium der auf den Zein-Folien inkubierten
anhaftung unerlässlich. Zellen lieferte anhand der Daten keinen zytoto-
xischen Nachweis. Darüber hinaus wurden die
Die Herstellung der Zein-Nanopartikel orien verwendeten Zellen mit Zein-Nanopartikeln
tiert sich an der Flüssig-Flüssig-Dispersion inkubiert, wobei die Analyse am Konfokalmi-
mit anschliessender Verdünnung und Steril- kroskop Hinweise gab, dass die Zein-Nano-
filtration. Die Zein-Folien aus Nanopartikeln partikel von den Zellen aufgenommen worden
richten sich nach derselben Methode, jedoch sein könnten.
mit einer ursprünglich geringeren Menge an
Zein und ohne Verdünnung. Die Zytotoxizität Es empfiehlt sich, die Prüfung der Zytotoxizi-
wurde in drei zeitlich versetzen Versuchen tät sowie der möglichen Internalisierung der
mit jeweils einer Dreifachbestimmung anhand Zein-Nanopartikel zu wiederholen. Zein stellt
des MTT-Assays (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)- vor allem im Bereich der Gewebereparatur
2,5-Diphenyltetrazoliumbromid) sowie eines eine vielversprechende Anwendung dar. Für
LDH-Assays (Lactatdehydrogenase) unter- eine sichere Anwendung der Zein-Formulie-
sucht. Für die Zytotoxizitätsprüfung als der Teil rungen sind weitere Untersuchungen wie z. B.
der Biokompatibilitätsprüfung der Nanoparti- die Prüfung von Immunreaktionen unerlässlich.
kel sowie der Folie aus Nanopartikeln wurden
unterschiedliche Konzentrationen von Zein
verwendet.
13Prozesswasserreinigung mit aeroben Pilzkulturen
Diplomand Sandro Flükiger
Korrektoren ZHAW Dipl. EI. Ing. ETH, Dipl. Natw. ETH Martin Kühni;
Bsc Alexander Treichler
Das Ziel der Bachelorarbeit bestand in der – Etablieren geeigneter Versuche zur Abbau
biologischen Behandlung von Prozesswasser fähigkeit aerober Pilzkulturen;
aus der hydrothermalen Carbonisierung mit- – Kultivierung aerober Pilze unter nicht sterilen
tels aerober Pilze. Herkömmliche Abwasser- Bedingungen aus Umweltproben.
reinigungsanlagen sind nicht in der Lage, alle
im Prozesswasser enthaltenen organischen Mit einer aeroben Pilzkultur wurden verschie-
Verbindungen abzubauen. Somit werden neue dene Versuche zum Einfluss des Prozess-
Lösungen benötigt, um die Restkohlenstoff wassers auf das Wachstum des Pilzes sowie
belastung im Prozesswasser zu senken. Dabei zu dessen Abbaufähigkeit in Abhängigkeit
steht eine energetisch sinnvolle sowie ökolo- anderer vorgeschalteter Behandlungsstufen
gisch vertretbare Entsorgung des Abwassers für das Prozesswasser untersucht. Es konnte
im Fokus. bestätigt werden, dass das Pilzwachstum mit
zunehmender Prozesswasserkonzentration
ge hemmt wird. Ausserdem konnte gezeigt
werden, dass die verwendete Pilzkultur nicht
in der Lage war, die Kohlenstoffbelastung
in zuvor aerob- und anaerob behandeltem
Prozesswasser zu senken. Weiter konnten im
eigens dafür entwickelten Reaktorsystem im
Abb. 1: Entwickelte Reaktor- Abb. 2: Erlenmeyerkolben Labormassstab unter nicht sterilen Bedingun-
systeme mit Trägermaterial. mit Pilzkultur und verdünn- gen aerobe Pilze aus Umweltproben kultiviert
tem Prozesswasser für den
Wachstumsversuch. werden. Dieses System kann in der Zukunft
für weitere Untersuchungen zur Behandlung
Aquatische Hyphomyceten sind für ihre Fähig- unterschiedlicher Prozesswässer mit aeroben
keit bekannt, Substanzen abzubauen, bei wel- Pilzkulturen verwendet werden.
chen andere Organismen an die Grenze ihrer
Stoffwechselleistung stossen. Im Rahmen der
Bachelorarbeit wird untersucht, ob aerobe
Pilzkulturen in der Lage sind, die Kohlenstoff-
belastung im Prozesswasser in Abhängigkeit
anderer vorgeschalteter Behandlungsstufen
zu senken. Schwerpunkte dabei waren:
–Entwicklung einer geeigneten Anlage zur Abb. 3: Mikroskopische Aufnahme der Pilzstrukturen aus
Prozesswasserreinigung im Labormassstab; dem Bioreaktor bei vierzigfacher Vergrösserung.
14Entwicklung einer Reporterphagen-Tablette zum
schnellen Nachweis von Listeria spp. mittels der
AquaSpark™-Technologie (vertraulich)
Diplomandin Norine Franzen
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Steffi Lehmann, Prof. Dr. Lars Fieseler,
MSc Sandro Wegmann
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. siert eine chemilumineszente Reaktion, bei wel-
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma NEMIS Tech-
cher ein Lichtsignal produziert wird, das zum
nologies AG durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit
wird die Arbeit hier nur summarisch zusammengefasst. Nachweis der Bakterien genutzt wird.
Ziel der Bachelorarbeit war es, eine geeignete
Humanpathogene Erreger, die durch den Ver- Methode zur Trocknung der Reporterphagen
zehr von kontaminierten Lebensmitteln über- zu etablieren, so dass die Stabilität und damit
tragen werden, verursachen weltweit schwer- die Haltbarkeit der Phagen verbessert werden
wiegende Krankheiten oder führen sogar zum kann. In einem weiteren Schritt wurde dann
Tod. Insbesondere die Kontamination von Nah- nach einer geeigneten Formulierung zur Tablet-
rungsmitteln mit Listeria monocytogenes verur- tierung der Phagen gesucht. Um die Reporter-
sacht eine hohe Sterblichkeitsrate bei infizierten phagen in eine stabile und trockene Form zu
Personen. Um den Verkauf von nicht-kontami- bringen, ohne dabei deren Lebensfähigkeit zu
nierten Lebensmitteln zu garantieren, braucht beeinträchtigen, wurde ein geeignetes Gefrier-
die Lebensmittelindustrie schnelle und kos- trocknungsprotokoll etabliert. Die Aktivität der
tengünstige Tests zum Nachweis von Listerien getrockneten Phagen, der Lyophilisate, wurde
während der Produktion von Lebensmitteln. mittels «Plaque Assays» ermittelt. Dabei wur-
In dieser Bachelorarbeit ging es um einen neuen, de eine minimale Reduktion der Aktivität der
von NEMIS Technologies AG entwickelten Test Phagen festgestellt. Anschliessend wurden die
zur Detektion von Listerien in der Lebensmitte- getrockneten Phagen in einer geeigneten For-
lindustrie. Dieser Test basiert auf sogenannten mulierung tablettiert und die entsprechenden
Reporterphagen, d. h. genetisch modifizierten Qualitätskontrollen durchgeführt. Leider konnte
Bakteriophagen, welche mit hoher Spezifität nach der Tablettierung keine Phagenaktivität
Listerien infizieren, was dazu führt, dass ein mehr nachgewiesen werden. Es wird in Zukunft
Reporterenzym freigesetzt wird. Dieses kataly- wichtig sein, weitere geeignete Hilfsstoffe und
Parameter zur Tab-
lettierung der Phagen
ohne Aktivitätsverlust
zu finden.
Abb. 1: Überblick der durch-
zuführenden Versuche mit
den Reporterphagen.
15Molekulare und biologische Charakterisierung von
RNA-Viren, die pilzliche Baumkrankheitserreger
infizieren (vertraulich)
Diplomandin Sandra Gähwiler
Korrektorin ZHAW Msc Lona Mosberger
Korrektorin extern Dr. Carolina Cornejo, Eidg. Forschungsanstalt für
Wald, Schnee und Landschaft WSL
Das beschriebene Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der des Mykovirus ermittelt werden.
Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft
WSL durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die
Arbeit hier nur summarisch zusammengefasst. Die paarweise Co-Kultivierung eines virusinfi-
zierten Pilzes mit virusfreien Pilzen auf Agar-
Phytopathogene Pilze verursachen Baum- platten (siehe Abb. 1) führte zu einer Virus-
krankheiten, die zum Absterben der Bäume übertragung innerhalb der gleichen Spezies.
führen können. Pilzliche Baumkrankheitserre- Die Auswirkungen der Virusinfektion äusser-
ger können ihrerseits von Mykoviren infiziert ten sich in einer verminderten Fähigkeit zur
werden, welche die Virulenz der Pilze unter Sporenbildung aufgrund des eingeschränkten
Umständen so reduzieren, dass die durch die Myzelwachstums mit einer abnormalen Mor-
Pilze ausgelöste Krankheit für die Bäume nicht phologie (siehe Abb. 2 rechts). Der Nachweis
mehr gefährlich ist. Somit werden Mykoviren des Mykovirus erfolgte durch Reverse-Tran-
als potenzielles biologisches Bekämpfungs- skriptase-Polymerase-Kettenreaktion.
mittel gegen die Pilze betrachtet.
In dieser Arbeit wurde ein neuartiges Mykovi-
rus molekular und biologisch charakterisiert. Abb. 1: Paarweise Co-Kulti-
Hierfür wurden aus befallenen Bäumen iso- vierung eines virusinfizierten
Pilzes mit einem virusfreien
lierte Pilzstämme auf Agarplatten gezüchtet, Pilz auf einer Agarplatte.
geerntet, lyophilisiert und homogenisiert, und Das Virus wurde vom virus
infizierten Pilz (links) auf den
anschliessend wurde daraus die virale RNA virusfreien Pilz (rechts) über-
extrahiert. Die RNA-Extraktion und nachfol- tragen.
gende Untersuchungen wurden durch Aga
rose-Gelelektrophorese verifiziert. Die extra-
hierte RNA wurde mit Enzymen behandelt,
um kontaminierende DNA und RNA zu elimi-
nieren. Aus der RNA wurde komplementäre
einzelsträngige DNA synthetisiert und deren 5’-
und 3’-Enden mittels RNA Ligase-vermittelter
schneller Amplifikation vervollständigt. Die ge-
Abb. 2: Auswirkungen einer Virusinfektion auf den Pilz. Der
nerierten PCR-Produkte wurden mit Cycle virusfreie Pilz (links) bildet gleichmässig verteilt orange pigmen-
Sequencing charakterisiert. Durch das in silico tierte, sporenproduzierende Konidiophoren. Hingegen weist
der während der paarweisen Co-Kultivierung infizierte Pilz
Zusammenfügen der erhaltenen DNA-Frag- (rechts) einen abnormalen Phänotyp mit stark eingeschränk-
mente konnte die vollständige Genomsequenz tem Wachstum und ungleichmässiger Sporenbildung auf.
16Verbesserung und Weiterentwicklung der
Formulierungen für die Dropz Aromatabletten
(vertraulich)
Diplomandin Dominique Greuter
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Steffi Lehmann, Simon Suter
Korrektor/-in extern Hasher Zafar und Livia Baltensperger, myDropz AG
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. ken und somit den Konsum von abgefüllten
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma myDropz AG
Getränken und deren Logistik so stark wie
durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit
hier nur summarisch zusammengefasst. möglich zu reduzieren.
MyDropz AG ist ein Schweizer Startup-Unter In dieser Bachelorarbeit wurde die Dropz-
nehmen, welches sich zum Ziel gesetzt hat, Tabletten formulierung optimiert, wofür viele
Trinkwasser zu aromatisieren und mit Vitami- verschiedene Experimente notwendig waren.
nen oder Koffein anzureichern. Dieses Ziel Die Brausetabletten wurden hauptsächlich
wird mithilfe eines Clean-Label-Produktes, hinsichtlich der Auflösezeit im Wasser, der
den sogenannten Dropz, erreicht. Dropz Bruchfestigkeit, des Abriebs und der Gleich-
sind Brausetabletten, welche sich im Wasser förmigkeit der Masse sowie des Aromagehalts
auflösen und dadurch das Trinkwasser mit verbessert. Auch wurde in ersten Schritten
natürlichen Aromen «aufpimpen», wie Dropz die Möglichkeit zur Entwicklung einer neuen,
zu sagen pflegt. Das auf diese Weise aroma- von der Brausetechnologie unabhängigen
tisierte Wasser soll einen Anreiz schaffen, um Tablettenformulierung untersucht.
hauptsächlich lokales Leitungswasser zu trin-
Abb. 1: Dropz-Aromatabletten angewendet in Leitungswasser (© www.mydropz.com).
17Untersuchung von Wachstumsinhibitoren auf
anaerobe Pilze (vertraulich)
Diplomandin Lara Grob
Korrektoren/-in ZHAW Dr. Rolf Warthmann, MSc Lona Mosberger,
MSc Akshay Joshi
Das beschriebene Projekt unterliegt der Vertraulichkeit. Es der Metaboliten Laktat und Formiat unter-
wurde im Rahmen des Forschungsprojekts HiPoAF (Hidden
sucht. Dafür wurden Wachstumsexperimente
Potential of Anaerobic Fungi) durchgeführt. Aus Gründen der
Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur zusammenfassend mit den drei AF-Arten Neocallimastix camero-
dargestellt. nii, Anaeromyces mucronatus und Caecomy-
ces communis durchgeführt. Der Versuchs
Anaerobe Pilze (AF), die dem Stamm Neocal- aufbau ist in Abbildung 1 dargestellt.
limastigomycota angehören, haben die Fähig-
keit, Lignocellulose abzubauen. Aufgrund ihrer Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche
physikalischen Struktur und ihrer enzymati- deuten darauf hin, dass Laktat und Formiat
schen Katalyse ist der Abbau der robusten das Wachstum von AF hemmen oder sogar
Pflanzenfasern effizienter. Die Nutzung von ganz unterbinden. Im ersten Versuch mit Laktat
Pflanzenbiomasse für die Biogaserzeugung ist konnte im getesteten Konzentrationsbereich
eine nachhaltige Energiequelle. Eine Kultivie- für alle drei AF-Arten nur eine Wachstums-
rung im grossen Massstab ist bisher jedoch hemmung festgestellt werden. Dies bedeutet,
nicht möglich, da die komplexen Wachs- dass das Wachstum nur abgeschwächt und
tumsanforderungen anaerober Pilze noch nicht vollständig inhibiert wurde. Eine Hem-
nicht erforscht sind. Dazu gehören zelluläre mung / Inhibierung durch Formiat konnte eben-
Metaboliten und andere hemmende Substan- falls festgestellt werden. Das Wachstum von
zen, die das Wachstum von AF in bestimmten A. mucronatus wurde durch Formiat inhibiert,
Konzentrationen hemmen können. In dieser während das Wachstum von N. cameronii und
Studie wurde die hemmende Konzentration C. communis nur gehemmt wurde.
Abb. 1: Schematische Darstellung des Versuch-
sablaufs. Für die erste Kultivierung (K ) werden
¹
alle Mediumflaschen (Negativkontrollen (neg),
Positivkontrollen (pos) und fünf Konzentrationen
(c -c5) mit Inhibitor mit der Pilzkultur inokuliert.
¹
Am fünften Tag wird subkultiviert und die zweite
Kultivierung (K ) gestartet. Es werden zusätzlich
²
Analysen durchgeführt. Dazu gehören Druck-,
Biotrockenmassen- und HPLC-Messungen
sowie eine visuelle Beurteilung des Wachstums.
Am fünften Tag nach der Subkultivierung werden
dieselben Analysen erneut durchgeführt.
18Analytik von Leachables und Extractables
(vertraulich)
Diplomandin Christina Kiho Hagmann
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Caspar Demuth, Dr. Susanne Kern
Korrektor extern Dr. Rudolf Köhling, Merck KGaA
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden eindimen-
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Merck KGaA
sionale GC-MS- und GC-FID-Methoden zur
durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit
hier nur summarisch zusammengefasst. Bestimmung von MOSH und MOAH in aus-
gewählten Matrixproben ausgearbeitet und
Mineralölkohlenwasserstoffe werden oftmals optimiert. Hierfür wurden vier Matrixproben
als Inhaltsstoffe von Lippenpflegeprodukten qualitativ mittels GC-MS und GC-FID analy-
eingesetzt, wobei sie als Trägerstoffe, Viskosi- siert und zwei Matrixproben mittels GC-FID
tätsregulatoren oder Feuchtigkeitsspender semi-quantitativ ausgewertet. Zusätzlich wur-
dienen. Das bioakkumulierende und karz- den die beiden Detektionsmethoden MS und
inogene Potenzial dieser Stoffe hat wichtige FID in Bezug auf das GC-Chromatogramm
Bedenken zur Folge in Bezug auf Mineralöle. und Peakflächen miteinander verglichen. Die
Durch das breite Spektrum an Verbindungen, qualitativen und semi-quantitativen Messun-
welche die Stoffe aufweisen, stellen sie eine gen wurden mithilfe von zwei Referenzmateri-
grosse Herausforderung in der Analytik dar. alien der Firma Merck durchgeführt.
Abb. 1: Beispiele von chemischen Strukturen von gesättigten Abb. 2: Chromatogramm GC-MS (rot) und GC-FID (schwarz)
Mineralölkohlenwasserstoffen (MOSH) und aromatischen eines gespikten Lippenbalsams. Die x-Achse stellt die Reten-
Mineralölkohlenwasserstoffen (MOAH). Die Kohlenstoffzahlen tionszeit (min.) und die y-Achse die relative Intensität (%) dar.
von MOSH/MOAH können von C15 bis C90 reichen und einige Die Mix-Komponenten der Firma Merck sind von 1 bis 10
Strukturen enthalten stickstoff- und schwefelhaltige funktio- nummeriert und die Komponenten des Lippenbalsams mit
nelle Gruppen. Buchstaben a bis o benannt. Die Intensität der GC-FID-
Signale wurden auf jene des GC-MS-Signals normiert.
19Entwicklung von Differenzierungsassays für
adhärente Stammzellen (vertraulich)
Diplomand Lukas Hausherr
Korrektor/-in ZHAW Prof. Dr. Regine Eibl-Schindler, Msc Misha Teale
der exponentiellen Phase befinden mussten.
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht.
Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur sum-
Anschliessend erfolgte die Differenzierung der
marisch zusammengefasst.
«Gibco™ Human Episomal iPSC Line» durch
Durch das Aufkommen neuer Therapiean- das «STEMdiff™ Trilineage»-Differenzierungs-
sätze im Forschungsfeld der regenerativen medium (STEMCELL Technologies Inc.) und
Medizin bilden die Stammzellen einen neuen die Differenzierung der Telomerase-immortali-
Ansatz, um Krankheiten zu heilen, statt nur sierten hASC52Telo-Zelllinie durch das Stem-
deren Symptome zu behandeln. Es sind MACS™-Differenzierungsmedium (Miltenyi
jedoch strenge Qualitätskontrollen notwendig, Biotec).
um die Differenzierungskapazität der Stamm-
zellen nach der Kultivierung zu ermitteln und Im Rahmen dieser Arbeit konnte die erfolg-
somit das Wohlergehen der Patientinnen und reiche Differenzierung der «Gibco™ Human
Patienten zu gewährleisten. Episomal iPSC»-Line in alle drei Keimblätter
durchgeführt werden. Für die hASC52Telo-Zell-
Das Ziel der Bachelorarbeit bestand darin, linie konnte eine erfolgreiche Differenzierung in
Differenz
ierungsassays für zwei adhärente Adipozyten und in Chondrozyten mittels Färbe-
Stammzelllinien zu etablieren und letztere mit- methoden nachgewiesen werden. Eine Diffe-
tels analytischer Verfahren wie der Durchfluss- renzierung in Osteoblasten konnte mit dem ver-
zytometrie sowie klassischer Färbemethoden wendeten Differenzierungsmedium und unter
nachzuweisen. Für die Durchführung der den gewählten Versuchsbedingungen nicht
Differenzierung wurde in einem Vorexperi- nachgewiesen werden. Der Nachweis mittels
ment zur Bestimmung der Wachstumskine- der gewählten Differenzierungsmarker für Adi-
tik der optimale Erntezeitpunkt beider Zell pozyten, Chondrozyten sowie Osteoblasten
linien ermittelt, wobei sich die Zellen noch in erbrachte bisher keine schlüssigen Ergebnisse.
Abb. 1: Differenzierungsergebnis der Chondrozyten, wobei Abb. 2: Differenzierungsergebnis der Adipoyzten, wobei
unter (A) die Negativkontrolle und unter (B) die differenzier- unter (A) die Negativkontrolle und unter (B) die differenzier-
ten Chondrozyten dargestellt sind, welche mittels Alcian ten Adipozyten dargestellt sind, welche mittels Oil Red O
Blue angefärbt wurden (40-fache Vergrösserung). angefärbt wurden (40-fache Vergrösserung).
20Immobilisation von ganzen Zellen zur Nutzung
in der Flow Chemistry
Diplomand Michael Hönger
Korrektorinnen ZHAW Prof. Dr. Christin Peters, Dr. Zrinka Raguz Nakic
Die Verbindung der klassischen Flusschemie der Einschluss in einem Natrium polyacrylat-
mit der Biotechnologie hat sich als vielverspre- Hydrogel evaluiert. Dafür wurde ein E. coli
chende Zukunftstechnologie erwiesen. Bei der Stamm, der drei verschiedene Enzyme
Anwendung von Enzymen zur Produktherstel- rekombinant herstellt, mit allen Techniken
lung ist die Verwendung von ganzzelligen Bio- immobilisiert und untereinander sowie mit der
katalysatoren anstelle von isolierten Enzymen nicht-immobilisierten Referenzmethode ver-
von Vorteil, da die Katalysatoren zusätzlichen glichen. Als Bewertungskriterien wurden die
Schutz erfahren und die Schritte der Zelllyse Produktbildung, die Reproduzierbarkeit, die
und Reinigung der Enzyme entfallen. Für die Immobilisierungseffizienz, das Auswaschen
industrielle Anwendung werden Enzyme oder von Biokatalysatoren, die Wiederverwendbar-
aus mehreren Enzymen bestehende Enzym- keit sowie der Herstellungsaufwand definiert.
kaskaden auf oder in einer Trägersubstanz
immobilisiert. Die in Alginat immobilisierten Ansätze resul-
tierten jeweils in der gewünschten Produkti-
In dieser Bachelorarbeit werden anhand einer on von 2,6-Dimethyl-5-heptenol. Mit d ieser
ganzzelligen Enzymkaskade drei Immobilisie- Methode konnten zudem die höchsten
rungstechniken untersucht. Die erste Technik Umsätze pro Zeit ermittelt werden. Immobi-
beruht auf dem Einschluss in Alginat, einem lisiert in Polyacrylat resultierte in 66,67 % der
natürlichen Polymer, welches aus der Braun Versuche eine Produktbildung. Aufgrund des
alge gewonnen wird. Im zweiten Ansatz wer- Auswaschens der Biokatalysatoren aus dem
den die Biokatalysatoren an Träger gebunden Hydrogel des Polyacrylats ist aber keine Wie-
und von einer stabilen und porösen Silikat- derverwendbarkeit und Langzeitnutzung mög-
Matrix umschlossen. Als dritte Methode wird lich. Immobilisiert in der Silikatmatrix konn-
te keine Produktbildung
erreicht werden. Dadurch
hat sich die Immobilisierung
in Alginat als geeignetste
Methode für die vorliegende
Kaskade erwiesen.
Abb. 1: Die Verfahren zur Immobili-
sierung in Alginat (A), Sol-Gel (B) und
Acrylat (C).
21Entwicklung neuer in vitro Testmodelle zur Opti-
mierung kontrollierter biotechnologischer Produk-
tionsverfahren für Lebendimpfstoffe (vertraulich)
Diplomand Rico Hunkeler
Korrektor/-in ZHAW Dr. Lukas Neutsch, Dr. Christine Neupert,
BSc Simon Widler
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. lierten Bioprozess in skalierbaren Systemen
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma Malcisbo AG
hergestellt und lagerfähig gemacht werden.
durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit
hier nur summarisch zusammengefasst. Der Fokus dieser Arbeit lag in der Implemen-
tierung eines einfachen, aber möglichst reali-
Campylobacter jejuni ist einer der häufigs- tätsnahen in vitro Hühnerdarm-Modells. Mit
ten Verursacher für bakterielle Gastroente- diesem kann untersucht werden, welchen
ritis beim Menschen. Die Infektion verläuft Einfluss verschiedene Prozessparameter auf
normalerweise mild, kann aber bei Kindern, die Viabilität, Morphologie und Glykosylie-
älteren Menschen und immungeschwächten rung des Lebendimpfstoffs haben. Um diese
Personen tödlich sein oder neurologische
Attribute des Lebendimpfstoffs genauer zu
Folgekrankheiten wie das Guillain-Barré-Syn- charakterisieren, wurden zusätzliche Analyse
drom begünstigen. Beim Schlachtprozess methoden implementiert. Dazu wurden die
von Hühnern kann C. jejuni über die Verunrei- Zuckerstrukturen aller Zellen wie auch die DNA
nigung der Fleischprodukte mit Darminhalt in der beschädigten Zellen in der Prozessprobe
die Nahrungskette des Menschen gelangen. angefärbt und mittels Durchflusszytometrie
Mithilfe von gezieltem Glycoengineering hat die und Fluoreszenzmikroskopie ausgewertet.
Malcisbo AG einen attenuierten bakteriellen Ziel war es, das Modell und die dazugehörigen
Lebendimpfstoff entwickelt, der einen C. jejuni- Analysemethoden so zu gestalten, dass sie
spezifischen Zucker präsentiert. Dieser wird später zur Qualitätskontrolle des Lebendimpf-
den Hühnern oral verabreicht. Im Darm wird der stoffs eingesetzt werden können.
Impfstoff vom Immunsystem erkannt und es Die im Rahmen dieser Bachelorarbeit gene-
findet eine Immunisierung gegen C. jejuni statt. rierten Daten halfen, neue Erkenntnisse zu
Für eine grosstechnische Produktion des gewinnen über die Viabilität, Morphologie und
Lebendimpfstoffs soll dieser in einem kontrol- Glykosylierung von Proben aus unterschiedli-
chen Kultivierungsbedingungen und nach der
Lagerung.
Abb. 2: Zellen der Salmo-
nella typhimurium im Fluo-
reszenz-Mikroskop, gefärbt
mit dem Lektin HPA-Alexa
488. Das Lektin bindet
Abb. 1: Links das Cytogramm der gefärbten Salmonellen, die spezifisch an die Zucker-
eine grüne Fluoreszenz aufweisen. Rechts die ungefärbten struktur und zeigt an, ob
Salmonellen ohne Fluoreszenz. diese exprimiert wurde.
22Entwicklung und Optimierung eines CO²-Sensors
für biotechnologische Anwendungen (vertraulich)
Diplomandin Carmen Iacopino
Korrektoren ZHAW Prof. Dr. Caspar Demuth,
Dr. Juan Gualberto Limon Petersen
Korrektoren extern Vertreter des Industriepartners
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. in Säugetierzellkulturen. Acetat bleibt z. B.
Es wurde in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner
auch dann bestehen, wenn der CO2-Anteil
durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit
hier nur summarisch zusammengefasst. in der Kulturflüssigkeit hoch genug ist. Dann
könnte man diesem Phänomen allein durch
Die Messung von kritischen Prozesspara- pH-Steuerung nicht entgegenwirken, sondern
metern in Echtzeit liefert einen direkten und es wäre ein CO -Stripping notwendig. Daher
²
sofortigen Einblick in den Zustand eines Bio- ist die Echtzeit-Messung von gelöstem CO in
²
prozesses. In diesem Zusammenhang ist ins- Bioprozessen von grosser Bedeutung.
besondere die Messung von gelösten Gasen In der Bachelorarbeit wurden Prototypen
(O , CO ) von Interesse. Die Kenntnis dieser von CO -Sensoren, die für die Anwendung
² ² ²
Messgrössen erlaubt es, die Stoffwechselakti- in Single-Use-Bioreaktoren vorgesehen sind,
vität einer biotechnologischen Kultur zu über- zunächst unter standardisierten Laborbe-
wachen und zu steuern. dingungen getestet und bewertet. Die Sen-
Kohlendioxid ist ein Produkt des Atmungs- soren wurden darauf mit bereits etablierten
und Fermentationsstoffwechsels und beein- CO -Sensoren verglichen, die auf unter-
²
flusst das Wachstum, den Stoffwechsel und schiedlichen Messprinzipien beruhen. Die
die Produktbildung. Da es frei durch die Zell- Charakterisierung der Sensoren zeigte, dass
membran diffundieren kann, kann es den einer der Prototypen eine Messcharakteristik
zellinternen pH-Wert in Bereiche bringen, die aufweist, die jener der Referenz-Sensoren
für die Zelle toxisch sein können. Relevant ist weitgehend entspricht. Die Messung im Bio-
auch die Kontrolle des Overflow-Metabolis- prozess erfolgte in einer E.coli-Kultur in einem
mus, z. B. Acetat in E.coli-Kulturen oder Laktat Single-Use-Reaktor mit integrierten optischen
Sensoren für die Messung von
pO und pH. Die gemessenen
²
CO -Werte der Sensoren wurden
²
sowohl direkt mit den Parametern
wie pO , pH und OD in einem Dia-
²
gramm (siehe Abbildung) als auch
untereinander verglichen.
Abb. 1: Verlauf der CO -Konzentration eines
²
Prototyp-Sensors in einer E.coli-Kultur
(schwarze Linie), dargestellt mit weiteren kriti-
schen Prozessparametern (pO , pH und OD).
²
23In situ Prozessüberwachung von Glucose bei
E. coli BL21 mit dem Glucose-Biosensor der
C-CIT AG (vertraulich)
Diplomandin Katarina Jovanovic
Korrektorenin ZHAW Dr. Christin Peters
Korrektor extern Stefan Spichiger, C-CIT Sensors AG
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. Die Versuche im Schüttelkolben zeigten, dass
Es wurde in Zusammenarbeit mit der Firma C-CIT AG in
zu hohe Schüttler-Amplituden sich negativ auf
Wädenswil durchgeführt. Aus Gründen der Vertraulichkeit
wird die Arbeit hier nur summarisch zusammengefasst. die Qualität der Sensormesswerte auswirken.
Bei Batch- und Fed-Batch-Versuchen im
In dieser Arbeit wurde, die in situ Prozessüber- Bioreaktor konnte der Glucoseverbrauch mit
wachung von Glucose bei Kultivierungen von minimaler Zeitverzögerung verfolgt werden,
E. coli BL21(DE3) in Schüttelkolben und 7,5L- und die Online-Messwerte konnten mit Offline-
Bioreaktoren mit dem kontinuierlich messen- Daten bestätigt werden.
den Glucose-Biosensor der C-CIT AG unter-
sucht. Durch die kontinuierliche Messung des
Glucoseverbrauchs können Fed-Batch-Pro-
zesse optimiert und genauer gesteuert wer-
den, da keine auf HPLC- oder Enzym-Assays
beruhende Offline-Analytik mehr notwendig
ist. Es kommt durch die in situ Messung zu
keiner Zeitverzögerung mehr zwischen Probe-
nahme und Ergebnis.
Abb. 1: Glucose-Biosensor der Firma C-CIT AG integriert
im Deckel des Schüttelkolbens. In Blau ist der Bio-Beamer
ersichtlich, der mit dem Sensor verbunden ist (C-CIT
Sensors AG, 2015).
24Brennnessel – eine Faserpflanze mit gesundheits-
relevanten Inhaltsstoffen und Potenzial in der
Circular Economy (vertraulich)
Diplomandin Valentina Kremenovic
Korrektor/-in ZHAW Dr. Evelyn Wolfram, Dr. Andreas Lardos
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. die Brennnessel proben aus der April- und
Aus Gründen der Vertraulichkeit wird die Arbeit hier nur sum-
Juni-Ernte sowie die Bergbrennnessel und die
marisch zusammengefasst.
pharmazeutische Brennnessel auf ihre antioxi-
Das Ziel dieser Bachelorarbeit war es, die dative Aktivität untersucht. Dabei zeigten alle
gesundheitsrelevanten Inhaltsstoffe von Brenn- Brennnesselproben eine antioxidative Aktivität
nesselblättern (Urtica dioica L.) aus dem For- auf, welche mit zunehmendem Wachstum der
schungsgarten des ZHAW-Campus Grüental Pflanze grösser war.
in Wädenswil zu verschiedenen Erntezeitpunk- Diese Resultate bestätigten, dass die Brenn-
ten zu analysieren. Zusätzlich wurde ein Ver- nesselblätter gesundheitsrelevante Inhaltsstof-
gleich mit der pharmazeutischen Brennnessel fe enthalten, welche
(Urticae folium) und einer Brennnessel aus dem eine wichtige Rolle
Schweizer Berggebiet durchgeführt. in der Medizin und
Im Forschungsgarten wurden am 21. April, in der Lebensmittel
16. Mai und 7. Juni 20 Brennnesselklone industrie spielen.
geerntet. Nach der Extraktion wurden die Pro-
ben mittels HPTLC auf das Vorhandensein von
Referenzsubstanzen und anderen Metaboliten
Abb. 1: Brennnesselklon
getestet. Als Derivatisierungsreagenz dien- aus der Juni-Ernte, welche
ten NP/PEG (NPP), Anisaldehyd-Schwefel mit NP/PEG, Anisaldehyd-
Schwefelsäure und mit
säure (AS) und Eisen(III)-chlorid. Bei der Eisen(III)-chlorid derivati-
AS-Derivatisierung zeigten die Kohlenhydrate siert wurde.
gelbgrüne Banden. Die Monoterpene und
Triterpene konnten als violette Banden nach-
gewiesen werden und die Steroide bildeten
graue Banden auf der Platte. Die Derivatisie-
rung mit Eisen(III)-chlorid führte dazu, dass die
Polyphenole grünbraun und die Flavonoide
blauviolett auf den HPTLC-Platten erschie-
nen. Die Referenzsubstanzen Rutin und Chlo-
rogensäure konnten in jeder untersuchten
Brennnessel identifiziert werden, während
Hyperosid, Quercetin und Scopoletin in keiner
Brennnessel nachgewiesen werden konnten. Abb. 2: HPTLC-Platte mit der DPPH-Derivatisierung.
Mithilfe des HPTLC-DPPH-Assays wurden Weisse Banden deuten auf die antioxidative Aktivität hin.
25Klonierung und Expression von einem nukleären
Progesteronrezeptor (nPR) aus Danio rerio in
Saccharomyces cerevisiae (vertraulich)
Diplomandin Selina Laube
Korrektoren ZHAW Dipl.-Ing. (FH) David Frasson, Prof. Dr. Martin Sievers
Das beschriebene Projekt steht unter Geheimhaltungspflicht. und die Basalexpression der Negativkontrollen
Aus Gründen der Vertraulichkeit werden keine Details zur
war stetig hoch. Jedoch konnten mit den Hefe
Arbeit veröffentlicht.
klonen, welche den humanen Progesteronre-
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung von zeptor B enthielten, sensitive Biosensoren für
Biosensoren zum Nachweis von 17α,20β-dihy- den Nachweis von Pregn-4-en-3,20-dion ent-
droxy-4-pregnen-3-on (DHP) im Wasser. Die wickelt werden (Abb. 1 und Abb. 2).
Grundlage der Biosensoren war die Integra-
tion eines nukleären sowie eines β-Progeste-
ronrezeptor-Gens aus dem Zebrafisch (Danio
rerio) in Expressionsplasmide. Zudem wurden
Reporterplasmide hergestellt, welche für unter-
schiedliche Progesteron-Response-Elemente
(PREs) sowie das LacZ-Gen kodieren.
Da zurzeit nur wenig Literatur bezüglich Fisch-
PREs existiert, wurde als Vergleich ein bereits
etablierter Biosensor hergestellt, welcher Abb. 1: DC-Platte des Hefeklons H338.3. Der Hefeklon
H338.3 enthält die Plasmide YEPE10_hPR und YRpE2 with
humanes Progesteron (Pregn-4-en-3,20-dion)
PRE2_hf_338. Die Hormone DHP (1. Bande), β-Estradiol
im Wasser nachweisen kann. Die Messung der (2. Bande) und 4-Pregnen-3,20-dion (3. Bande) wurden in
Hormonkonzentration erfolgte mit Hilfe der Flu- unterschiedlichen Konzentrationen auf die DC-Platte auf
gesprüht. Zusätzlich wurde eine Negativkontrolle mit Ethanol
oreszenzspektroskopie. Die Anwesenheit von mitgeführt.
DHP oder Pregn-4-en-3,20-dion in der Probe
führt nach einer Kaskadenreaktion zur Expres-
sion des Enzyms β-Galactosidase. Das Enzym Abb. 2: Yeast-
Hormone-Screen
wandelt einen Farbstoff in eine fluoreszierende mit dem Hefeklon
Form um (Abb. 1). Die entstehende Fluores- H338.3, welcher
den humanen Pro-
zenz ist dabei proportional zur DHP-Konzent- gesteronrezeptor B
ration in der Probe. sowie ein humanes
Progesteron-Res-
Die Ergebnisse des Yeast-Hormone-Screens
ponse-Element ent-
zeigten, dass die Hefeklone, welche den nukle- hält. Die getesteten
ären und β-Progesteronrezeptor aus Danio Progesteron-Kon-
zentrationen betru-
rerio enthielten, keine genügend hohe Sensi- gen 1 ng/mL bis 10 000 ng/mL. Zusätzlich wurde eine Nega-
tivität für den Nachweis von DHP im Wasser tivkontrolle mit 96%-igem Ethanol und eine Negativkontrolle
mit Testmedium mitgeführt. Die Werte, die im Plattenreader
aufwiesen. Die Signalstärke korrelierte nicht aufgrund eines zu hohen Signals nicht aufgezeichnet werden
mit den eingesetzten DHP-Konzentrationen konnten, befinden sich oberhalb der Linie «saturiert».
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