KENNISPLATFORM VOOR LABORATORIA

REDACTIONEEL

EDITIE 31, MAART 2017

Wedstrijdjes op de plaat bij BioscienZ in Breda

Het drie jaar geleden door Wim de Laat gestarte BioscienZ is specialist in de ontwikkeling en opschaling van microbiële processen, die worden toegepast voor het maken van producten voor onder meer de farmacie en duurzame landbouw. Naast contractonderzoek werkt het bedrijf ook aan een tweetal eigen producten. Recentelijk is de spin-off FunGeneX opgericht, die zich richt op het licenseren van schimmelexpressie systemen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wim de Laat bij de blikvanger van het
laboratorium, een 15 liter roestvrijstalen
bioreactor, die onder een overdruk van
2 bar kan worden ingezet.

Regelmatig komt Wim de Laat ze tegen, kleine biofarmaceutische bedrijven, spin-off’s van universiteiten, die een target voor een nieuwe medicijn hebben bedacht, maar niet weten hoe ze het economisch rendabel kunnen produceren. “In de regel gaan ze eerst aan de slag met een commercieel te verkrijgen expressiesysteem, waarmee ze dan milligrammen kunnen maken. Maar de stap naar grammen kunnen ze niet zetten. Laat staan dat ze fatsoenlijke opbrengsten hebben; die komen zelden boven de 10 mg/liter. Vaak zijn die medicijnen ook nog eens ontwikkeld voor zeldzame ziektes, waardoor je dan al snel op behandelingen uitkomt die tonnen per jaar kosten. Iets wat maatschappelijk gezien niet meer acceptabel is.” Met zijn ervaring in het ontwikkelen en opschalen van misschien wel 30 processen en het ontwerpen en bouwen van fabrieken bij vorige werkgevers als DSM/Gist-Brocades en Nedalco kan Wim de Laat er voor zorgen dat de opbrengsten stijgen en de kostprijs daalt. Hiervoor hanteert hij binnen zijn bedrijf BioscienZ een pragmatische benadering, die uitgaat van de kracht van het systeem. “Bij het produceren van een eiwit zijn vele enzymen betrokken en dus ook heel veel genen die moeten worden getuned om dat specifieke eiwit te produceren. Wat wetenschappers tegenwoordig doen is zo’n systeem tot in detail proberen te doorgronden, er wat genen uithalen, er wat genen bij zetten en zo het systeem naar hun hand proberen te zetten. Maar het systeem is zo complex dat de kans op succes op basis van je kennis van genetische manipulatie heel klein is. Soms moet je wel op drie, vier punten tegelijk ingrijpen om een effect te krijgen. Wij zijn pragmatischer: zie het systeem als een black box en ga dan mutageniseren, screenen en selecteren. Dat is heel veel praktisch werk, want je moet er duizenden screenen om tot een optimaal resultaat te komen, verbeteringsrondes draaien. En vlak ook hier de factor kennis en creativiteit niet uit, want je moet wel voor ieder eiwit dat je wilt maken een screening ontwikkelen. Die moet praktisch uitvoerbaar zijn in een high-throughput assay en een goed onderscheid geven tussen de high-producers en de lowproducers.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ap de Haan bij de Mini Spray Dryer B-290 van Büchi Labortechnik die wordt gebruikt voor onderzoek naar optimalisering

van droogprocessen bij microbiële productie middels sproeidrogen.

 

Schimmels

Waar productiesystemen op basis van gist in het algemeen gemakkelijker te hanteren zijn dan systemen op basis van schimmels en sneller werken, legt BioscienZ zich toch toe op schimmels. “Dat heeft alles te maken met de veel hogere opbrengsten die je kunt bereiken en dus ook de lagere kosten die gemoeid zijn met het produceren van je eiwit. En ja, schimmels zijn lastig om mee te werken. Ze zijn multicellulair, groeien langzaam, vormen draden en sporen; daar blijf je het liefst een beetje uit de buurt! Iedereen doet aan genomics, maar een eiwitje maken, old school microbiologie en procestechnologie, daar hebben ze de gereedschapskist niet voor. Als je ook nog eens bedenkt dat we hiermee industriële eiwitten kunnen produceren in concentraties tot wel 100 gram per liter, en voor farmaceutische eiwitten met 10 gram per liter ook al aardig op weg zijn, kan je begrijpen dat het werk naar ons toe komt”, vertelt Wim de Laat. Dat werkt gebeurt in het onderzoekslaboratorium van zo’n 100 m2 dat is ingericht op de begane grond van BioscienZ, dat is gevestigd in een bedrijvenparkje met van die standaard bedrijfunits, waar je niet een-twee-drie zo’n laboratorium zou verwachten.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ap de Haan en Joyce Arnouts aan het werk in het laboratorium van BioscienZ.
Waar Joyce zich vooral bezighoudt met screeningswerk is Ap, naast het labwerk,
 ook actief op het gebied IT, communicatie, protocollen documenteren en vergunningen.

“Toen ik ruim drie jaar geleden de knoop heb doorgehakt om een eigen lab op te zetten, zijn we ons eerst gaan oriënteren op fancy plekken op campussen, dichtbij onze potentiële klanten. Maar met vierkante meter prijzen van 500 euro of meer maak je het dan je zelf als starter vanaf het begin al lastig. Hier in Breda betalen we aanzienlijk minder per vierkante meter. Bovendien vormde deze locatie geen enkel beletsel om de benodigde vergunningen te verkrijgen en hebben we korte lijnen met AVANS Hogeschool een kennisinstelling waar veel goed opgeleide mensen van de Biotechnologie opleiding uitstromen en stage komen lopen. Het laboratorium is gecertificeerd voor GMO klasse 1, voor het werken met plantpathogene bacteriën (ML-II) en heeft een milieuvergunning voor een maximale batchgrootte van 100 liter”, aldus Wim de Laat.

In het laboratorium vindt vooral procesontwikkeling en -optimalisering, opschaling en vervaardiging van kleine hoeveelheden plaats. Veel van dat werk zit hem in het mutageniseren, het klassieke mutanten maken: biodiversiteit creëren en de beste eruit pikken. Met als richtpunt de kostprijs die er uit moet komen is dat een iteratief proces van optimaliseren naar de voor de kostprijs bepalende targets als opbrengst en snelheid. Sinds kort wordt deze vorm van contractonderzoek aangeboden via een spin-off, FunGeneX, wat staat voor ‘fungal gene expression’. Hierbij kunnen klanten een licentie nemen op technologie voor schimmelgenexpressie, waarmee ze biologische producten als eiwitten of schimmelmetabolieten op industriële schaal kunnen produceren. FunGeneX richt zich hierbij op het commercialiseren van de eigen, exclusieve technologie op het gebied van de microbiologische stammen, de toegepaste vectoren, constructen en transformatieprotocollen. Procesontwikkeling zal overigens ook in deze constructie nog steeds in Breda plaatsvinden, omdat die specifieke kennis bij de klant vaak ontbreekt.

 

Effectief drogen

Een belangrijk aspect bij de procesontwikkeling is het droogproces. Dat moet goedkoop en effectief zijn en –afhankelijk van het product– ook op grote schaal toepasbaar zijn. “In het geval van microbiële producten voor de landbouw, waar BioscienZ ook actief in is, is er met betrekking tot de houdbaarheid van de producten sowieso een voorkeur voor drogen ten opzichte van invriezen. ‘Bevroren logistiek’ is immers bewerkelijk en zeker voor de lage-marge wereld van de landbouw te duur. Mogelijkheden zijn dan ‘fluid bed’ drogen, vriesdrogen of sproeidrogen. Vriesdrogen is relatief duur en lastig te realiseren op grote schaal. Dat is bij met name sproeidrogen niet aan de orde; kijk alleen al naar de immense droogtorens bij melkpoederfabrieken. Om ook het droogproces te kunnen optimaliseren wordt in het laboratorium gebruikgemaakt van apparatuur die dergelijke processen op kleine schaal uitvoeren. Voor sproeidrogen is dat de Mini Spray Dryer B-290 van Büchi Labortechnik. Afgezien dat de apparatuur gewoon prima werkt is Wim de Laat extra goed te spreken over de beschikbare gebruikskennis. “Büchi heeft alle literatuur met onderzoek, dat met hun sproeidroger is gedaan, verzameld. Zij konden ons direct een aantal artikelen aanreiken die toegespitst waren op onze toepassingen; dit werkt met die en die instellingen. Dat gaf ons een vliegende start, want anders moesten we eerst alles zelf uitzoeken en bedenken, en dan moet je nog maar afwachten of het werkt. Nu liep dat direct gesmeerd!”

 

Wedstrijdjes op de plaat

Naast werk voor derden –waar tot nu toe al het geld mee wordt verdiend– ontwikkelt BioscienZ ook een tweetal producten in eigen beheer. De eerste is een aantal micro-organismen dat plantenziektes als phytophthora tegengaat. “We zijn begonnen met onderzoek naar bacterieziektes,omdat daar geen chemicaliën tegen werken, maar zijn daarbij toevallig gestuit op deze schimmel die de oorzaak is van de aardappelziekte. Daar zijn wel middelen voor te koop, maar biologische aardappeltelers mogen niet spuiten en krijgen daar dus eerder last van. Biologische reductie van phytophthora is dan een uitkomst”, licht Wim de Laat toe.

 

 

 

 

 

 

Wedstrijdjes op de plaat.
Links heeft de pathogeen het onderspit gedolven; rechts heeft hij gewonnen

“Het grappige is dat het niet uitmaakt voor welke markt je werkt, want je doet bijna precies dezelfde dingen, of dat nu voor de farmacie of voor de landbouw is”, gaat hij verder. “Voor de microbiële preparaten in de landbouw hebben we natuurlijke micro-organismen geïsoleerd en de antagonistische werking daarvan op platen gescreend. De pathogeen maak je in een laagje op de plaat, daarop breng je verschillende isolaten aan en als je een halo krijgt, dan remt die. Dat is best wel spannend: je ziet de bacterie groeien en dan is het de vraag of hij er omheen groeit, of er overheen. De goede hebben we eruit gehaald en geïdentificeerd. Die micro-organismen zijn we vervolgens gaan fermenteren. In ons lab kunnen we de micro-organismen maken op kilogramschaal, zodat we voldoende hebben voor veldproeven die voor dit jaar op het programma staan. Dat wordt heel spannend. We hebben op de plaat aangetoond dat het werkt, de micro organismen hebben daar de schimmels verslagen, maar in de praktijk heb je natuurlijk niet de standaard omstandigheden zoals in het lab.” Voor dit proces is ook een goedkoop en opschaalbaar droogproces ontwikkeld, waarvoor net als voor de specifieke stammen een octrooi is aangevraagd. “Kostprijs is in deze markt essentieel: degene die de laagste kostprijs heeft kan een hogere dosering toestaan, terwijl de kosten voor de boer beperkt blijven. Dat is essentieel om biologische controlemiddelen een succes te laten worden. Als alle loopt zoals gepland, heb je een serieuze fabriek nodig die duizenden tonnen per jaar gaat maken. Daar moet je nu al mee rekening houden in het ontwerp van je processen, dus ook hoe het eindspel in elkaar zit, bij je droogproces.”

 

Microbiële sojavervangers

Ook op het gebied van sojavervangers is BioscienZ hard op weg om tot duurzame producten te komen die via zelf ontwikkelde, gepatenteerde microbiële processen gemaakt kunnen worden. Net als bij de micro-organismen tegen plantenziektes speelt duurzaamheid ook hier een belangrijke rol in de motivatie om hiermee aan de slag te gaan. “Zoals je weet is soja, waar in Zuid-Amerika enorme stukken regenwoud voor teeltareaal worden opgeofferd, de belangrijkste voedingsstof voor onze vleeskoeien. Toen ik in de krant las dat er plannen waren om in Nederland soja te gaan telen, ben ik eens gaan rekenen. Met ons klimaat kom je met soja niet veel verdere dan één tot anderhalve ton eiwit per hectare, terwijl je met bijvoorbeeld suikerbieten twintig ton biomassa van een hectare haalt. Verwerk je die twintig ton droge stof door middel van microbiële omzetting, dan kan je uiteindelijk ongeveer 4,5 tot 5 ton eiwit per hectare halen: een factor drie tot vijf meer dan met soja! Daarnaast is microbieel eiwit ook rijk aan vitaminen en niet allergeen.”


Crux is ook hier weer dat je dat heel goedkoop moet kunnen doen, want je moet kunnen concurreren met soja, dat weliswaar steeds duurder wordt en niet duurzaam is, maar nog steeds het voorkeursgewas is voor veevoer. Door uit te gaan van industrieel ingezameld snij-afval en reststromen uit bijvoorbeeld de suikerbietenverwerking zit je in ieder geval qua grondstofprijzen al aan de goede kant. BioscienZ beheerst het ‘kunstje’ om uit te vinden hoe je het eiwit op een zo economisch mogelijke manier kan produceren. Welke micro-organisme moet je hebben, hoe laat je het fermenteren, hoe ga je het opwerken, tegen zo laag mogelijke kosten en zo hoog mogelijke eiwitopbrengst? Dit soort vragen is inmiddels beantwoord en in een proces omschreven, waarvoor patent is aangevraagd. Over de kans op succes kan Wim de Laat nog niet veel zeggen. “Er zijn zoveel factoren die van invloed zijn op mogelijk succes. Maar als het lukt, zal de impact verder gaan dan veevoer, want zelfs hoogwaardige humane voeding kan met microbiële processen uit reststromen worden gemaakt!”

 

Büchi Labortechnik

www.buchi.nl

 

BioscienZ

www.bioscienz.nl

AGENDA

KOOPJESHOEK