Spezialisierungsblock BIOTECHNOLOGIE und BIOANALYTIK fileWas ist Biotechnologie? = eine...

SpezialisierungsblockBIOTECHNOLOGIE und BIOANALYTIK

1Univ-Prof. Christoph Herwig (E166-4)

Was ist Biotechnologie?

= eine interdisziplinäre Wissenschaft, die sich mit der Nutzung von Enzymen, Zellen und ganzen Organismen in technischen Anwendungen beschäftigt

Erkenntnisse aus Mikrobiologie, Biochemie (Chemie), Molekularbiologie, Genetik, Bioinformatik und der Verfahrenstechnik (Bioverfahrenstechnik) werden kombiniert

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Geschichte der Biotechnologie

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Milestones:

• Mikrobielle Biotechnologie (Pasteur-Ära) 1865-1940 Mikroorganismen für Gärung

• Klassische Biotechnologie (Antibiotika Ära) 1940-1960

• Konventionelle Biotechnologie 1960-1975 Enzyme, Bioprozesstechnik

Moderne Biotechnologie

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baut auf die kontinuierlichen Fortschritte in Genetik, den – Omics Technologien undBioanalytik, sowie technologischer Weiterentwicklungen (z.B. kontinuierlicheChromatographie)Basis vieler anderer Industriezweige:

BiotechnologieTechnische Nutzung von lebenden

Organismen oder Enzymen zur Herstellung von industriellen

Produkten

BioanalytikAnalyse von Biomolekülen (Proteine,

DNA, RNA, Kohlenhydrate), sowie von Intermediaten des Metabolismus

und deren Verteilungen in biologischen Systemen

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Was bieten wir Ihnen an?

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BiochemieGenetik

(Mikro)Biologie

Bioverfahrenstechnik/Bioprozesstechnik

BioanalytikBioinformatikBiostatistik

= Biotechnologen/-innen mit vertiefter analytischer Ausbildung

Biotechnologie

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Ein paar Berufsbilder einesBiotechnologen…

Forschungund

Entwicklung

Anlagenbau / Engineering

Qualitäts-kontrolle & -sicherung

Herstellung

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Auswahl ausunterschiedlichenWahlmodulen:

Spezialisierungsblock:

etc… 7

• 6. Kondratieff-Zyklus weist Bio- und Nanotechnologie als Schlüsseltechnologiendes 21. Jahrhunderts aus

Warum sollten Sie zu uns kommen?

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• Österreich als guter Standort im Biotech-Bereich (z.B. Ausbau von BI um > 500 Mio. Euro) – gute Job-Chancen

Gegenwärtige Herausforderungen,die biotechnologisch gelöst werden

können• Medikamente sind zu teuer• Medikamente sind nicht verfügbar

Schnelle und günstige Herstellungvon sicheren Medikamenten

• Erderwärmung• Abfallvermeidung

Nutzung von Kohlendioxid10

• Sie werden viel bei uns lernen – nicht nur knowledge, sondern auch hands-on, z.B. 166.604 LU, Bioprozess Technologie und Bioanalytik, 5 ECTS

Warum sollten Sie zu uns kommen?

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= integrierter biotechnologischer Prozess für rekombinante Proteine im 10 L Maßstab mit begleitender Bioanalytik

Warum sollten Sie zu uns kommen?

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• aber natürlich auch, weil wir coole Forschung machen

Biotech:Institute of Chemical Engineering (E166)

Head: Robert Mach

Safety and Infrastructure Head: Thomas

Hrbek

Notified Testing Laboratory for

Combustion Systems

Head: Hermann Hofbauer

Interuniversity Cooperation

Centre Water and Health

Head: Andreas Fahrnleitner

TU Collection of Industrial

MicroorganismsHead: Irina Druzhinina

Mechanical Process

Engineering and Clean Air

TechnologyHead: Gerd Mauschitz

Thermal Process Engineering and

SimulationHead: Michael

Harasek

Biochemical Engineering

Head: Christoph Herwig

Biochemical Technology

Head: Robert Mach

Chemical Process Engineering and

Energy TechnologyHead: Franz

Winter

Bioressources and Plant SciencesHead: Anton

Friedl

Group Management:Gerd Mauschitz

Group Management:Michael HarasekWalter Wukovits

Group Management:Hermann Hofbauer

Alexander ReichholdFranz Winter

Group Management:Christoph Herwig

Oliver Spadiut

Group Management:Andreas FahrnleitnerAstrid Mach-Aigner

Group Management:Heidrun HalbwirthSrebotnik Ewald

Monitoring and Control Data- Information and

KnowledgeMechanistic ModellingQuality by Design Scale Down & Scale Up

Methods for Efficient Bioprocess Development

Biopharmaceutical &Waste to Value Solutions

Integrated Bioprocess Development

Upstream / Downstream Processing

From Clone Design to Novel Products

Glycoengineering for Easier Downstream Processing

Novel Downstream Solutions

Quantitative & Scalable Bioprocess Development

Biorefinery Solutions Use of Waste for Value

Added Products Biopharmaceuticals Hybrid Processes

166-4 Biochemical Engineering

E166-5 Biochemical Technology

• Molecular Biotechnology• Synthetic Biology and Gene Technology• Microbiology• Environmental Microbiology and Molecular Diagnostics

(also at IFA Tulln and KLPU Krems)

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E166-6 Bio-Resources and Plant Science

• Bioresource Technology• Natural Products• Food Chemistry and Food Technology• Biochemistry of Plants• Phytochemistry

Wood Biotechnology Lignocellulose Biorefinery

Urea/formaldehydeOH

OCH3

HN NH2

O

OHOCH3

N N

O

N

N

O

N

ONNO

Wood+ Wood

Oxidoreductases

Plant biochemistry and molecular biologyRenewable resources and plant derived food

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Warum sollten Sie zu uns kommen?

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• aber natürlich auch, weil wir coole Forschung machen

Bioanalytik:Institute of Chemical Technologies and Analytics (E164)

Head: Günter Allmaier

Services of the Institute

Instrumental and Imaging Analytical

ChemistryHead: Andreas

Limbeck

Environmental Analytics, Process

Analytics and Sensors

Head: Bernhard Lendl

Technical Electrochemistry

Head: Jürgen Fleig

Structural Chemistry

Head: Frank Kubel

Chemical TechnologiesHead: Roland

Haubner

Group Management:Andreas Limbeck

Martina Marchetti-Deschmann

Group Management:Peter Ertl

Anneliese Kasper-GieblBernhard Lendl

Group Management:Herbert DanningerChristian Edtmaier

Golta Khatibi-Damavandi

Group Management:Günter FafilekJürgen Fleig

Alexander Optiz

Group Management:Matthias Weil

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E164-1 Instrumental and ImagingAnalytical Chemistry

• Structure elucidation of biomolecules• Distribution analysis of drug components• Biomedical mass spectrometry• CE-on-a-chip• Microorganism ID by Intact cell MS• Bionanoparticle sizing by nES differential mobility analysis• Vesicle/exosome analytics• Drug/Polymer – Protein Conjugates Analytics• Imaging Mass Spectrometry• Omics Technologies

CE chip

AFM of blood coagulation factor

nES GEMMA

Hepatitis virus with Fab

MALDI TOF/TOF MS

MALDI/ESI/DESIQqTOF MS

Mass Spectrometric Bio- and Polymer Analysis

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Development and application of new analytical instrumentationBioprocess monitoring• In-line sensing of microorganism:

standing ultrasound wavesand fiber optic (MIR or Raman)in-line probes

• Mid-IR laser based trace gas sensorsnew indirect methods for ppb-ppt sensitivities

Fundamental research• Nano-IR imaging:

Combination of AFM and IR laser spectroscopy

• Label free protein folding studiesIR laser spectroscopy

E164-2 – Environmental Analytics, ProcessAnalytics and Sensors

Process Analytics

Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften

Forschungsbereich Bioverfahrenstechnik (C. Herwig)

Forschungsbereich Biotechnologie und Mikrobiologie (R. Mach)

Institut für Chemische Technologien und Analytik

Forschungsdivision Imaging und Instrumentelle Analytische Chemie (G. Allmaier)

Forschungsdivision Umwelt-, Prozessanalytik und Sensoren (B. Lendl)

Ihre AnsprechpartnerBIOTECHNOLOGIE und BIOANALYTIK

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Wir freuen uns auf Sie!!!

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Backup slides

Studienplan ab 2013

III. Biotechnologie und Bioanalytik12 Grundlagen der Biochemie und Gentechnik (9.0 ECTS) Mach

Biochemie II Mach, Seiboth, Stich, Seidl, Kubicek 166.163 VO 6,0Gentechnik und industrielle Genomik Mach 166.156 VO 3,0

13 Grundlagen der Biologie und Mikrobiologie (4.5 ECTS)DruzhininaEinführung in die Grundlagen der Biologie für BiotechDruzhinina 166.201 VO 1,5Mikrobiologie Druzhinina, Farnleitner, Srebotnik 166.159 VO 3,0

14 Biotechnologie und Bioverfahrenstechnik (6.0 ECTS) HerwigBiotechnologie Seiboth, Kubicek, Mach, Halbwirth 166.210 VO 3,0Bioverfahrenstechnik Herwig 166.061 VO 3,0

15 Analytische Biochemie und Bioinformatik (7.5 ECTS) AllmaierAngewandte Bioinformatik Mach, Druzihinina, Farnleitner 166.229 VO 3,0Instrumentelle Analytische Biochemie Allmaier 164.184 VO 4,5

16 Laborübungen (10,0 ECTS) MachBiochemie Mach et al. LU 4,5Molekulare Biotechnologie Seiboth et al. 166.233 LU 3,5Bioverfahrenstechnik Herwig 166.603 LU 2,0

Summe: 37,0

Studienplan ab 2013Empfohlene Wahlmodule

Studienplan ab 2013Empfohlene Wahlmodule

III. Biotechnologie und Bioanalytik40 Mikrobiologie und Bioinformatik (8.0 ECTS) Mach

Bioinformatik Mach, Druzhinina 166.231 LU 4,0Mikrobiologie Druzhinina, Farnleitner, Srebotnik 166.193 LU 4,0

41 Bioprozesstechnik und Bioanalytik (9.0 ECTS) HerwigBioprocess Technology and Bioanalytics Herwig et al. 166.604 LU 5,0Rechenübungen Bioverfahrenstechnik Herwig 166.158 RU 1,0Biostatistik Lohninger 164.236 VU 3,0

42 Biotechnologie (6.0 ECTS) KubicekWeisse Biotechnologie und Biorefineries Seiboth, Srebotnik VO 2,0Biologie und Genetik industrieller Mikroorganismen Druzhinina VO 2,0Synthetische Biologie Mach VO 2,0

43 Bioanalytik (6.0 ECTS) AllmaierBioanalytik Allmaier, Marchetti-Deschmann 164.261 VO 2,0Industrielle Proteomik Allmaier 164.191 VO 2,0Glykomik, Lipidomik und Metabolomik Marchetti-Deschmann 164.195 VO 2,0

44 Bioverfahrenstechnik (6.0 ECTS) HerwigBiosensoren und Bioprozessanalytik Lendl 164.268 VO 3,0Modellierung, Simulation und Steuerung von BioprozHerwig 166.606 VO 1,5Biopharmazeutische Prozesstechnologie Herwig (166.605) VO 1,5

Summe: 35,0

Druzhinina

Bereiche der Biotechnologie

• Integrierte Basiswissenschaften– Biologie (Mikrobiologie)– Biochemie– Genetik/Gentechnologie– Informatik– Verfahrenstechnik

• Anwendungsbereiche– Lebensmittel/Agrikultur

(grüne Biotechnologie)– Medizin

(rote Biotechnologie)– Umwelt

(graue Biotechnologie)– Chemische Industrie

(weiße Biotechnologie)– Marine Resourcen

(blaue Biotechnologie)

Geschichte der Biotechnologie

• Frühe Biotechnologie (vor 1680)– unbewusste Nutzung v.

Mikroorganismen bei der Nahrungsmittelherstellung

– Gärungen – Wein, Bier, Essig, Käse, Sauerteig, Joghurt, etc.

– Empirie, manuelle Bearbeitung [Kessel, Fässer]

• Vorwissenschaftl. Biotechnologie (1680 –1856)– gewerbsmässige

Herstellungsverfahren Boerhaave-Verf.(Essig), Wiener-Verf.(Hefe), Lagerbier, etc.

– Empirie, Manufakturen [Bottiche, tier. Kraft / Wasserkraft]

Geschichte der Biotechnologie

• Mikrobielle Biotechnologie (Pasteur-Ära) 1865 – 1940– Mikroorganismen als Gärungserreger ;

Verfahren ohne absoluten Ausschluss von Fremdkeimen [Fermentation (Butanol, Aceton, Ethanol, Glycerin, Citronensäure)]

• Klassische Biotechnologie (Antibiotika Ära) 1940 - 1960– Steriltechnik und selektionierte Stämme

[Submers-Verfahren (Penicillin), tier. Zellkultur [Virus-Impfstoffe], Biotransformationen [Cortison, Vitamin B12, Ovulationshemmer)]

Geschichte der Biotechnologie

• Konventionelle Biotechnologie 1960 – 1975– Enzyme (Waschmittel), Glutamat,

Polysaccharide (Xanthan), Fructosesirup, Biogas, Industrie-Alkohol

– Bioprozesstechnik (Optimierung, Reaktor-Form, Immobilisierung, Steuerung, etc)

• Moderne Biotechnologie (Gentechnik)– Konstruktive Optimierung von Zellen

Hybridoma-Technik; Genrekombinationen (Insulin), etc.

– tierische und pflanzliche Zellkultur– Reinraumtechnik (Sicherheit);

Automatisierung (Computer) -Überwachung, Umweltrelevanz

Was WissenschaftlerInnen in Österreich verdienen? Durchschnittliche Jahresbruttogehälter (BRH)

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10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Bio/Med Phy/IngW SonsWiss WissLehr

FrauenMänner

Bio/Med Biowissenschaftler (Bio-engineering, Biotechnologen und Bio/Pharma-Analytiker, ...) und MedizinPhy/IngW Physiker und Ingenieur-wissenschaftlerSonsWiss Sonstige WissenschaftlerWissLehr Wissenschaftliche Lehr-kräfte

166.231 VO Biochemie II

Inhalt:• Dynamik des Genoms: Replikation,

Rekombination, Transkription, Translation, Proteinbiosynthese, Sekretionsweg

• Genregulation• Proteinchemie: Proteindomänen,

Proteintypen, Beispiele von Struktur-Wirkungsprinzipien, Hüllproteine, Rezeptoren, Antikörper, Evolution von Proteinen

• Enzymologie und Kinetik: • Transportprozesse • Intermediärer Aufbau- und

Energiestoffwechsel (Kohlenhydrate, Aminosäuren, Nukleotide, Lipide)

• Sekundärstoffwechsel

166.604 LUBioprozess Technologie und Bioanalytik

5 ECTS• Integrierter biotechnologischer Prozess für

rekombinante Proteine im 10 L Maßstab mit begleitender Bioanalytik