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Q-bios bietet kundenspezifischen Biotechnologie-Service

Die Q-bios GmbH, ein Spin-off der Hochschule Mannheim, ist ein biotechnologisches Dienstleistungsunternehmen. Zu den Schwerpunkten der jungen Firma gehört die Produktion und Aufreinigung diagnostisch und therapeutisch nutzbarer Proteine sowie die Entwicklung und Amplifikation dafür geeigneter Zelllinien. Dazu wird ein kundenspezifischer Service in modernsten Technologien für die biotechnologische und medizinisch-diagnostische Industrie angeboten.

Dr. Heiko Flammann © privat

Die „Q-bios GmbH biotechnology" in Mannheim ist ein junges Biotechnologie-Unternehmen, das Dienstleistungen und Produkte für die pharmazeutische, diagnostische und biotechnologische Industrie anbietet. Die Schwerpunkte liegen vor allem auf der Herstellung rekombinanter Proteine und Polypeptide und der Entwicklung und Amplifikation von Zelllinien nach kundenspezifischen Wünschen. Die Firma verfügt über ein breites Spektrum von Technologien auf den Gebieten der Mikrobiologie, Molekulargenetik, Zell- und Immunbiologie und Proteinanalytik, wobei sie auf den Kompetenzen und langjährigen Forschungserfahrungen ihrer Firmengründer Dr. Heiko Flammann und Privatdozent Dr. Andreas Lux aufbauen kann.  

Wirtschaftliche Verwertung von Forschungs-Know-how

PD Dr. Andreas Lux © privat

Q-bios ist eine Ausgründung der Hochschule Mannheim, an der Dr. Flammann und Dr. Lux als wissenschaftliche Mitarbeiter des Instituts für Molekular- und Zellbiologie geforscht hatten. Wie der Institutsleiter Professor Dr. Mathias Hafner, der die Gründer als Mentor unterstützt, darlegte, sind kreative Start-up-Unternehmen mit einem wissenschaftlich erfahrenen und kompetent beratenen Team die beste Voraussetzung für eine dynamische Umsetzung von Forschungs-Know-how in die Wirtschaft. Die Gründung von Q-bios ist ein Beleg für das Bestreben des Instituts, eigene biotechnologische Forschungsergebnisse für die schnelle, kostengünstige Produktion von Biomaterialien nutzbar zu machen.

Die beiden Mannheimer Wissenschaftler hatten 2009 im Rahmen des Wettbewerbs für das EXIST-Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie ein Gründerstipendium gewonnen, das ihnen die Umsetzung ihrer Geschäftsidee ermöglichte. Die Hochschule Mannheim schuf durch Bereitstellung von Räumlichkeiten (darunter ein S2-Labor) sowie einer modernen Geräteausstattung am Institut für Molekular- und Zellbiologie die Voraussetzungen für den operativen Aufbau der Firma während ihrer Start-up-Phase. 

Überlegene Expressionssysteme für die Proteinproduktion

Campus der Hochschule Mannheim, Standort der Q-bios GmbH © HS Mannheim

Für die Produktion rekombinanter Proteine, die für die Diagnostik und Therapie interessant sind, kann das Unternehmen auf verschiedene Expressionssysteme in Bakterien, Hefen, Insektenzellen und Säugetierzellkulturen zurückgreifen. Bei den Insektenzellen handelt es sich um Sf9- und Sf21-Suspensionskulturen in serumfreiem Medium aus dem Ovar des Schmetterlings Spodoptera frugiperda, die mithilfe von Baculoviren mit dem gewünschten Gen transfiziert werden können. Bei den Säugetierzellkulturen werden „Chinese Hamster Ovary"-Zellen (CHO-K1), menschliche embryonale Nierenzellen (HEK 293) und Myelomzellen der Maus (NSO) eingesetzt. Die Entwicklung von Zelllinien und Isolierung von Einzelklonen kann nach den Wünschen der Kunden und kundenspezifischen Zellen erfolgen. Q-bios hat auch ein eigenes „Expression Enhancer"-System entwickelt, mit dem eine hohe transiente Proteinproduktion möglich ist und das in seiner Expressionsstärke anderen auf dem Markt befindlichen Systemen deutlich überlegen ist. Dieses „Expression Enhancer"-System ist auch für die Etablierung stabil produzierender Zelllinien geeignet. Darüber hinaus werden von Q-bios selbst entwickelte, modifizierte und apoptoseresistente HEK293- und NSO-Suspensionszelllinien für die transiente sowie die stabile Proteinproduktion angeboten.

Die kodierende Sequenz des gewünschten Proteins wird – gegebenenfalls mit einem Histidin-Tag (His6) oder einem Glutathion-S-Transferase (GST)-Tag versehen – in einen zellsystemspezifischen Expressionsvektor kloniert. Die Klonierungen werden durch Sequenzierung verifiziert. Die Aufreinigung der exprimierten Proteine erfolgt durch Permeations-, Ionenaustausch- und Affinitätschromatografie, zum Beispiel über GST-, Protein A- oder Protein G-Säulen oder über Nickel-Chelat-Chromatografie. 

Zur Reinheits- und Qualitätskontrolle dienen Gelelektrophorese und Immunoblots mit Tag- oder Protein-spezifischen Antikörpern, gegebenenfalls auch ELISA-Tests. Immunfluoreszenztests, Polymerasekettenreaktion (PCR; einschließlich quantitativer PCR) und verschiedene Zellkulturassays werden ebenfalls den Kundenwünschen entsprechend angeboten.

Enzyme für PCR

Ein Labor der Q-bios in der Hochschule Mannheim © HS Mannheim

Die Produktlinie der Q-bios hat einen Schwerpunkt in der Produktion und kundenspezifischen Formulierung von DNA-Polymerasen. DNA-Polymerasen, wie die aus dem thermostabilen Bakterium Thermus aquaticus (Taq), sind Enzyme, die geringste Mengen an Matrizen-DNA mit geeigneten Startersequenzen millionenfach kopieren und damit detektierbar machen können. Viele molekularbiologische und diagnostische Nachweise bakterieller oder viraler Krankheitserreger nutzen zum Beispiel in der PCR die synthetischen Eigenschaften dieser biologischen Katalysatoren.

Die produzierten DNA-Polymerasen können Kunden in variablen Aktivitäten und Formulierungen angeboten werden. So wird die Taq-Polymerase häufig in sogenannten 'HotStart'-Mischungen formuliert, bei denen spezifische Inhibitoren wie Antikörper oder Aptamere unspezifische Synthesen bei niedrigen Temperaturen (zum Beispiel Raumtemperatur) durch eine Enzymblockade unterbinden und deren Aktivität erst bei Temperaturen über 50 oC zulassen.

Experten für Viren

Zu einem weiteren Schwerpunkt von Q-bios im deutschen Markt und darüber hinaus sollen bereits vorliegende Kenntnisse und Erfahrungen seiner Wissenschaftler mit Adenoviren und Adeno-assoziierten Viren (AAV) ausgebaut werden. AAV sind DNA-Einzelstrang-Viren, deren DNA ins Genom der Wirtszelle integriert, aber die nicht vermehrt werden können. Nur bei gleichzeitiger Anwesenheit eines Adenovirus, das als Helfervirus die zur Replikation in der Zelle benötigten Proteine kodiert, kann das AAV vermehrt und durch Platzen der Zelle verbreitet werden. Weil AAV nicht mit Krankheiten assoziiert sind, aber Zellen leicht mit ihnen infiziert werden können, werden sie neben ihrer Verwendung zu Forschungszwecken zunehmend auch als Vehikel für die Gentherapie eingesetzt. Die Produktion und Aufreinigung von AAV sowie die Herstellung rekombinanter Varianten von AAV ist eine anspruchsvolle Dienstleistung. Diese Dienstleistung wird Forschungsinstituten zur Verfügung gestellt, die das entsprechende Know-how nicht haben.

Die Expertise des Mannheimer Unternehmens auf dem Gebiet der Virologie kann bei der Diagnostik der Hantaviren zum Tragen kommen. Zu dieser Virusgruppe gehören verschiedene humanpathogene Formen, die unter anderem „Hämorrhagisches Fieber mit renalem Syndrom“ (siehe gelbe Box) hervorrufen können. Hantavirus-Erkrankungen sind meldepflichtig. Wie schwer sie verlaufen, hängt vom Virustyp ab. Während eine wissenschaftliche Typisierung dieser Virusgruppe inzwischen etabliert ist, besteht für die medizinische Diagnostik Bedarf an zuverlässigen, differenzierten Testverfahren. Hier bieten die Q-bios-Gründer neue, verbesserte Antigene zur Entwicklung zuverlässiger Testverfahren für die medizinisch wichtigsten Hantavirus-Typen an. In einem Ringversuch konnte gezeigt werden, dass die Antigene aus Q-bios-Produktion bereits im ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) dazu geeignet sind, den Virustyp zu bestimmen, mit dem der jeweilige Patient infiziert wurde.

Hintergrund: Hantaviren

Hantaviren sind eine Virusgattung aus der Familie der Bunyaviridae mit einer, von einer Hülle umgebenen, Einzelstrang-RNA negativer Polarität [ss(-)RNA]. Benannt sind sie nach dem Hantan-Fluss in Südkorea, an dem während des Koreakrieges Anfang der 1950er Jahre tausende amerikanische Soldaten an hohem Fieber mit häufig anschließendem Nierenversagen erkrankten. Erst 1977 konnte das verursachende Virus identifiziert werden. Bis heute sind etwa 25 verschiedene Hantaviren beschrieben worden, von denen etwa die Hälfte mit menschlichen Krankheiten (Lungen- und Nierenerkrankungen, schwere Fieberanfälle, äußere und innere Blutungen) assoziiert sind. Sie sind weltweit verbreitet. Hantavirus-Infektionen, die das sogenannte „Hämorrhagische Fieber mit renalem Syndrom" auslösen, kommen auch in Deutschland relativ häufig vor. Charakteristisch sind hohes Fieber, Kopf- und Gliederschmerzen, Hautblutungen und Blutungen der Schleimhäute, gefolgt von Nierenfunktionsstörungen. In schweren Fällen können diese Störungen zu einem akuten, lebensbedrohlichen Nierenversagen führen.

Die wichtigsten bei uns nachgewiesenen Hantavirus-Typen sind das Hantaanvirus, das Puumalavirus und das Dobrava-Belgrad-Virus. Am häufigsten ist das Puumalavirus, das einen milderen Krankheitsverlauf ohne auffällige Blutungen (Hämorrhagien) verursacht. Auffällig ist, dass die Zahl der Erkrankungen von Jahr zu Jahr stark schwankt. Während normalerweise pro Jahr nur etwa 100 bis 200 Krankheitsfälle deutschlandweit registriert werden, wurden 2007 nach Angaben des Robert-Koch-Instituts 1687 Fälle gemeldet. 2010 kam es allein in Württemberg zu mehr als 800 nachgewiesenen Hantavirus-Infektionen. Die Übertragung auf den Menschen erfolgt hauptsächlich über die Ausscheidungen infizierter Nagetiere, etwa durch das Einatmen der Erreger in aufgewirbeltem, kontaminiertem Staub. Die wichtigste Infektionsquelle in Deutschland scheint die Rötelmaus (Myodes glareolus) zu sein, denn die Erkrankungszahlen korrelieren mit der Häufigkeit dieser Wühlmaus, bei der es gelegentlich zu Massenvermehrungen kommt.

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