Die Hochschule Esslingen veranstaltet gemeinsam mit dem Wissenschaftsverlag Springer ein berufsbegleitendes Masterprogramm Biotechnologie.
In diesem Fernstudium werden biotechnologische Arbeitstechniken sowie die gesamte Prozesskette der Wertstoffherstellung von der gentechnischen Entwicklung der Zelle über die Zellkultivierung (Upstream Processing) bis hin zur Aufarbeitung der biotechnologischen Produkte (Downstream Processing) behandelt. Es werden fundierte Kenntnisse der Bioreaktionstechnik, Steriltechnik, Aufarbeitungstechnik, Fermentationstechnik, Zellkulturtechnik, mikrobiellen Expressionssysteme, von Qualitätsmanagementsystemen und GMP, Stammentwicklung, Metabolic Engineering und „omics“-Technologien vermittelt.
Elemente des Studienprogramms
Die wesentlichsten Elemente des Studienplans sind acht Pflichtmodule, welche die Biotechnologie in ihrer ganzen Breite abdecken und die verpflichtend zu bearbeiten sind. Vier von sechs Wahlpflichtmodule ermöglichen die Auswahl zwischen einem bioprozesstechnischen und einem molekular-biotechnologischen Schwerpunkt. Die im Pflichtteil sowie im Wahlbereich Bioprozesstechnik vermittelten Kompetenzen ermöglichen es, Bioprozesse systematisch zu analysieren, zu entwickeln und zu optimieren. Die Zielsetzung dabei ist, Produktionsprozesse nachhaltig zu verbessern und somit nicht nur die Effizienz zu steigern, sondern auch die Kosten deutlich zu reduzieren. Der Schwerpunkt Molekulare Biotechnologie umfasst die Themen „Pharmazeutische Biotechnologie“, „Biomedizin“ sowie „Immun- und Gentherapie“.
Berufsbegleitend studieren: Fernstudium und Präsenzphasen
Die Vermittlung der Studieninhalte erfolgt durch eigens erstellte Studienhefte, von den Dozenten erstellte Lehrvideos sowie zweiwöchentliche Tutorien. Die Tutorien werden online durchgeführt, um den Teilnehmerinnen und Teilnehmern eine größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten und dienen der Klärung von offenen Fragen sowie der Vertiefung der Lehrinhalte. Die Überprüfung des Lernfortschritts erfolgt über Selbstlernkontrollen, Klausuren, mündlichen Prüfungen, Referate und Hausarbeiten.
In drei Präsenzphasen von insgesamt vier Wochen Dauer werden an der Hochschule Esslingen wichtige Grundlagen der Biotechnologie vorwiegend anhand von Laborübungen vermittelt. Durch die konzentrierten Präsenzphasen und den hohen Online-Anteil ist das Studium optimal mit einer vollen Berufstätigkeit kombinierbar.
Orientierung an Entwicklungen und Bedürfnissen der Industrie, Prozesskette der Wertstoffherstellung von der gentechnischen Entwicklung eines Produktionsstammes über das Upstream und Downstream Processing zum biopharmazeutischen Produkt in Theorie und Praxis
Zielgruppen
Berufstätige aus einem biotechnologischen Bereich, die sich praxisorientiert weiterbilden wollen.
Bewerbung und Zulassung
Allgemeine Informationen
Das Studium steht Absolventen von Bachelor- oder Diplom-Studiengängen aus den Bereichen Biologie, Biochemie, Biotechnologie, Technische Biologie oder Lebensmitteltechnologie oder einem verwandten Studiengang offen. In der Regel sollte mindestens ein Jahr fachspezifische Berufspraxis nach Beendigung des Studiums vorliegen.
den erarbeiteten Lösungsweg theoretisch und methodisch begründen und Alternativen reflektieren
Inhalte a) Grundlagen der Bioprozesstechnik: Massen- und Energie-Bilanzierung in Bioprozessen, Wärme- und Stoffübertragung (Wärmeübergang, Wärmeleitung, Wärmedurchgang, Berechnung von Wärmetauschern, Stofftransport in Bioreaktoren, Stoffübergang, kla-Wert, Henry Gesetz, Absorption, Adsorption), Charakterisierung von Partikelverteilungen und Trennprozessen, Zerkleinern, Versorgung mit Reinstmedien (PW, WFI, Dampf), Grundlagen der Enzymkinetik, Grundlagen der Wachstumskinetik (Exponentielles Wachstum, spezifische Raten (spez. Wachstumsrate, Substratverbrauchsrate, Produktbildungsrate), Ausbeutekoeffizient, Monodkinetik, Inhibierungskinetiken)
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Klausur 90 min
auf Basis der angefertigten Analysen und Bewertungen Entscheidungsempfehlungen auch aus gesellschaftlicher und ethischer Perspektive ableiten (a,b)
Inhalte a) Mikrobielle Expressionssysteme: Einführung zu mikrobiellen Expressionssystemen, regulatorische Elemente und genetische Tools, mikrobielle Proteinsekretionsmechanismen, Gram-negative bakterielle Expressionssysteme (Escherichia coli, Pseudomonas sp., cytoplasmatische und periplasmatische Proteinexpression), Gram-positive bakterielle Expressionssysteme (Bacillus subtilis, B. megaterium, Lactobacillus sp.), Hefe- Expressionssysteme (Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris), zellfreie Expressionssysteme (z.B. mit E. coli Extrakten). b) Stammentwicklung, Metabolic Engineering: Prinzip des Metabolic Engineering, klassische und aktuelle Methoden zur Stammentwicklung, Generierung von industriellen Produktionsstämmen (z.B. Aminosäureproduktionen in Corynebacterium glutamicum und andere Beispiele).
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Klausur 90 min (benotet)
die Systematik auf andere Trennprozesse und Plattformen übertragen Kommunikation und Kooperation
den erarbeiteten Lösungsweg theoretisch und methodisch begründen und alternative
Inhalte
a) Aufarbeitungstechnik in der Praxis: Strategie zur Aufarbeitung bzw. Aufreinigung von Bioprodukten. Funktionsweisen und Bauarten von Extraktions- und Filtrationsapparaten; Berechnungsmodelle zur Dimensionierung und Prozessoptimierung der Apparate; Grundlagen der Biochromatographie, Funktionsweisen und Ziele der Prozesschromatographie; Eigenschaften der Gele; Parameter der Säulenchromatographie; Aufskalierung vom Labor- in den Industriemaßstab; Strategie der Proteinaufreinigung mit industrierelevanten Beispielen b) Labor Aufarbeitungstechnik: experimentelle Ermittlung charakteristischer Trennerfolgs-Kenngrößen wie Wertstoffausbeute, Effizienz, Trenngrad; experimentelle Prozessparameteroptimierung einer Extraktionszentrifuge im Gleich- und Gegenstrombetrieb mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung (DoE); Bestimmung charakteristischer Filtrations-Qualitätskriterien anhand von Integritäts- und Sterilitäts-Tests. Experimentelle Bestimmung verschiedener Parameter der Säulenchromatographie (Bodenzahlbestimmung, Druck-Flusskurven, statische und dynamische Bindungskapazität), Affinitätschromatographie zur Aufreinigung von Antikörpern, Ionenaustauscher-Chromatographie mit Gradientenelution, Hydrophobe Interaktionschromatographie mit Stufengradient. Problemlösungen diskutieren Wissenschaftliches Selbstverständnis/ Professionalität • auf Basis der angefertigten Analysen und Bewertungen Entscheidungsempfehlungen auch aus gesellschaftlicher und ethischer Perspektive ableiten
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten
a) Qualitätsmanagement und rechtliche Grundlagen: GMP: Definitionen und rechtliche Grundlagen, EU-GMP-Leitfaden mit AMWHV, Quality by Design Initiative der FDA mit CQA und CPP und den ICHQ8, ICHQ9 und ICHQ10, Lieferantenqualifizierung, Site Master File, Medizinprodukte, Klinische Prüfung und Zulassung von Arzneimitteln, Prozess der Produktentwicklung bis zur Marktzulassung, Herstellung und Qualität eines Prüfpräparates, IMPD, Stabilitätsprüfungen, Komparabilität am Beispiel der Biosimilars, Präklinische und toxikologische Studien, Audits b) Innovationsmanagement: Arten von Innovationen, Strategisches Management von Produktinnovationen und Corporate Culture, Management des Innovationsprozesses c) Arbeitsrecht: Mechanismen des Arbeitsrechts, Arbeitsverträge d) Seminar Bioprozesstechnik: Vorstellung der eigenen Arbeitsgebiete und der Firmen
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten
auf Basis der angefertigten Analysen und Bewertungen Entscheidungsempfehlungen auch aus gesellschaftlicher und ethischer Perspektive ableiten (a,b)
Inhalte a) Grundlagen der industriellen Zellkulturtechnik: Anforderungen an die Kultivierung eukaryontischer Zellen, Sicherheitswerkbänke, Kontaminationen, Medienentwicklung, Zelllinienentwicklung, Transfektionsmethoden, Proteindisplaytechniken, Baculovirusexpressionssystem, CHO, BHK, Hybridoma, zelluläre Testsysteme, HTS, therapeutische Proteine (Biopharmazeutika incl. Biosimilars), Bioreaktoren für Zellkulturtechnik incl. Disposables, Prozessführung, Quality by Design: PAT für CQA und CPP b) Projektleiter nach dem Gentechnikgesetz und Beauftragter für biologische Sicherheit: Rechtsvorschriften, Internationale Regelungen zur Anwendung der Gentechnik, Transport von biologischen Arbeitsstoffen, Sicherheitsaspekte beim Umgang mit GVOs, Arbeitsschutzregelungen, technische und organisatorische Grundlagen
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Benotete Klausur 60 min (a), Anwesenheitspflicht (b)
auf Basis der angefertigten Analysen und Bewertungen Entscheidungsempfehlungen auch aus gesellschaftlicher und ethischer Perspektive ableiten (a,b)
Inhalte a) Labor mikrobielle Bioprozesse: Biotechnologische Herstellung der Aminosäuren Lysin und Pipecolinsäure mit Corynebacterium glutamicum. Dazu werden verschiedene Stämme von C. glutamicum (Wildstamm und Mutanten mit definierten genetischen Veränderungen) in Bioreaktoren unter unterschiedlichen Bedingungen (Batch, Fed-Batch) und Maßstäben kultiviert und über die quantitative Analyse von Wachstum, Substratverbrauch, OUR, CER und Aminosäureproduktion miteinander verglichen. Begleitend dazu erfolgt eine vergleichende Expressionsanalyse von ausgesuchten Biosynthesegenen. Darüber hinaus werden die Produkte Lysin und Pipecolinsäure mittels Chromatographie an Kationenaustauscherharz und Kristallisation aufgereinigt. Die quantitative Analytik erfolgt über HPTLC und HPLC. weitere Themen: verfahrenstechnische Charakterisierung von Bioreaktoren (experimentelle Bestimmung und Berechnung von Mischzeit, kla-Wert, Leistungseintrag), Berechnung von spez. Raten, Ausbeutekoeffizienten, volumetrische Produktivität, Einsatz der waagenkontrollierten Dosierung mit Matlab, Demo der automatisierten Probenahmetechnologie, kalorimetrische Schätzung des Reaktionswärmestroms b) Seminar mikrobielle Bioprozesse: Bearbeitung aktueller Literatur zum Thema mikrobielle Bioprozesse
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bericht und Referat (benotet)
Nach Studien- und Prüfungsordnung: Industrielle Zellkulturtechnik
Empfohlen:
Mikrobielle Bioprozesse
Biotechnologisches Arbeiten
Lehrveranstaltungen
a) Labor Tierische Zellkulturprozesse
b) Seminar Tierische Zellkulturprozesse
Lernergebnisse (learning outcomes) und Kompetenzen Nachdem das Modul erfolgreich absolviert wurde, können die Studierenden:
Wissen und Verstehen
die einzelnen Prozessschritte von Tierischen Zellkulturprozesse darstellen (a)
wissenschaftliche Fachliteratur verstehen, interpretieren und die Kerninhalte wiedergeben (b)
Einsatz, Anwendung und Erzeugung von Wissen Nutzung und Transfer
tierische Zellen (Säugetierzellen) in modernen Bioreaktoren kultvieren mit der dazugehörigen Medienherstellung, Analytik und Steriltechnik (a)
die Aufreinigung von Biopharmazeutika wie monoklonale Antikörper durchführen (a)
Medienoptimierungen in automatisierten Minibioreaktoren durchführen (a)
Standardrührreaktoren mit Disposable-Systemen vergleichen (a)
Prozessstrategien wie batch und fed-batch analysieren (a)
Analytische Methoden für Prozessparameter CPP und Produkt CQA vergleichen und bewerten (a) Wissenschaftliche Innovation
die erlernten Methoden auf andere eukaryontische Kultivierungsprozesse übertragen (b)
Quality by Design Initiative der FDA und EMA in tierischen Fermentationsprozessen umsetzen (a) Kommunikation und Kooperation
Berichte zu eigenen wissenschaftlichen Ergebnissen verfassen (a)
über wissenschaftliche Ergebnisse berichten und diskutieren (a, b) Wissenschaftliches Selbstverständnis/ Professionalität
auf Basis der angefertigten Analysen und Bewertungen Entscheidungsempfehlungen auch aus gesellschaftlicher und ethischer Perspektive ableiten (a, b)
Inhalte a) Labor Tierische Zellkulturprozesse: Produktion von monoklonalen Antikörpern mit CHO Zellen, Einsatz verschiedener Produktionsstrategien: batch und fed-batch Systeme, Mess- und Regelungstechnische Anwendungen im Bioreaktor, Disposables, Minibioreaktoren zur Medienoptimierung, Überwachung von Prozessparametern online und offline, Nachweis und Analytik von Produkt und Kontaminationen, Konzentration und Aufreinigung des Produktes, zellulärer Assay mit HEK293 b) Seminar Tierische Zellkulturprozesse: Bearbeitung aktueller englischsprachiger Literatur zu Tierischen Zellkulturprozessen
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten Bericht und Referat (benotet)
die zuvor erlernten Kenntnisse und Fertigkeiten zur Lösung einer neuen Aufgabenstellung anwenden
ingenieurmäßige Fragestellungen insbesondere im Bereich der Biotechnologie unter Berücksichtigung technischer, wissenschaftlicher, sozialer, ökologischer, wirtschaftlicher und bioethischer Vorgaben, Gesichtspunkte, Normen und rechtlicher Auflagen bearbeiten und Probleme lösen
Kommunikation und Kooperation
Berichte zu eigenen wissenschaftlichen Ergebnissen abfassen
die Ergebnisse der Master-Arbeit präsentieren
den erarbeiteten Lösungsweg theoretisch und methodisch begründen und alternative Problemlösungen diskutieren
fundierte Kenntnisse aus dem gestellten Aufgabengebiet und dem wissenschaftlichen Umfeld diskutieren
eigene Fragestellungen zur Gewinnung neuer Erkenntnisse definieren
anhand von neuen Fragestellungen fachspezifische Untersuchungsmethoden entwickeln
neue Erkenntnisse aus der Bearbeitung eines Themas ableiten und weiterführende Arbeitsschritte definieren
die ermittelten Ergebnisse kritisch reflektieren, bewerten und weiterentwickeln
Inhalte a) Kolloquium: Präsentation der Ergebnisse und mündliche Prüfung von Wissen auf dem gestellten Aufgabengebiet b) Master-Arbeit: Planen, Bearbeitung und Lösung einer biotechnologischen Aufgabenstellung, Erstellen einer Master-Arbeit
Prüfungsformen und Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten RE+MP30 (Kolloquium); BE (Master-Arbeit)
