NO862698L - Forbedringer angaaende biotransformasjonsreaksjoner. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører biotransformasjonsreaksjoner samt fiksering av biologisk materiale for bruk i slike transformasjoner.

Det er en voksende interesse for bruken av cellekulturer fra planter og dyr for fremstilling av kostbare lavvolum-produkter. Eksempler er farmasøytika (f.eks. alkaloider, vitaminer og anti-kreftmidler, smaksstoffer, parfymer, pigmenter, hormoner, enzymer og genetiske kon-struksjonsmaterialer fra plantecellekulturer. Ytterligere eksempler er monoklonale antistoffer, vaksiner, enzymer, hormoner og interferon fra animalske cellekulturer.

Plante- og dyreceller er skjøre og har meget liten toleranse overfor skjærpåvirkning. De foretrekker å være i kontakt med hverandre. Det foreligger nylig bevis på at celle-til-celle-kontakt kan forbedre sekundær metabolittdannelse. En måte å tilveiebringe disse krav for omgivelser med lav skjærpåvirkning og celle-til-celle-kontakt på, er immobilisering.

Det anvendes forskjellige teknikker for immobilisering av det biologiske materiale på en bærer. Således beskriver f.eks. GB-A-2006 181 bruken av bærerlegemer med vesentlig indre "viodage" som agiteres i en væske i en beholder i nærvær av en biologisk populasjon hvorav noe blir immobilisert på bærerlegemene.

Mer spesielt blir små nettformede skumpartikler beveget i en væskemasse som inneholder fritt suspenderte mikroorganismer, ved bruk av innsprøy-tet luft. Denne metode har imidlertid to ulemper. For det første beveger væskeelementene som inneholder mikroorganismene seg nesten i samme hastighet som skumpartiklene, hvilket resulterer i en relativ hastighets-verdi på nesten null mellom mikroorganismene og skumpartiklene. Derfor, den immobilisering som måtte forekomme, overlates til tilfeldighetene ved vilkårlig, ukontrollert kollisjon av mikroorganismene med skumpartiklene. Den andre ulempen skyldes innesperring av bobler av innsprøytet luft i skumpartiklene, hvilket leder til flotasjon av skumpartiklene til væskeoverflaten. Når dette skjer, avbrytes blandingen, og ingen effektiv immobilisering kan finne sted. I en annen metode for immobilisering av biologisk materiale på en bærer, blir bærermaterialet (f.eks. små terninger av et nettformet plastskum) ganske enkelt innført i en væske som inne holder den biologiske populasjon. En andel av den biologiske populasjon migrerer til og på bæreren og blir immobilisert derpå. Her igjen er imidlertid andelen av materialet som immobiliseres, ikke stor, selv etter at systemet er hensatt i flere uker.

Den forholdsvis lave grad av immobilisering som oppnås ved den ovenfor omtalte metode, har den ulempe at en biotransformasjonsreaksjon som bevirkes med det immobiliserte materiale, ikke kan gi et tilfredsstillende utbytte av det ønskede produktet. I tillegg kan den lave grad av celle-til-celle-kontakt bety at det immobiliserte materiale ikke forblir levedyktig over et tilstrekkelig langt tidsrom for økonomisk operasjon av biotransformasjonsreaksjonen.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å unngå eller forminske de ovennevnte ulemper.

Ifølge et første trekk ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for utførelse av biotransformasjoner som innbefatter: (a) fiksering av biologisk materiale ved føring av en suspensjon av biologisk materiale omfattende levende eller biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler omfattende pre-immobiliserte biokatalysatorer i et væskemedium, gjennom et væskepermeabelt element som kan filtrere nevnte biologiske materiale for å filtrere nevnte biologiske materiale fra nevnte væskemedium, idet elementet er et integrert legeme eller et komposittlegeme, hvis komponenter holdes i et vesentlig fiksert romforhold i forhold til hverandre; (b) bevirkning av en biotransformasjonsreaksjon ved å bringe nevnte biologiske materiale båret på nevnte element i kontakt med et væskeformig og/eller gassformig medium for dannelse av et produkt og/eller biomasse; (c) utvinning av nevnte produkt og/eller innhøsting av nevnte biomasse.

Ifølge et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et apparat for fiksering av biologisk materiale i form av biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler omfattende pre-immobiliserte biokatalysatorer fra en suspensjon derav i et væskemedium, hvor apparatet innbefatter en beholder, et væskepermeabelt element i beholderen som kan filtrere det biologiske materiale, idet elementet er et integrert legeme eller et komposittlegeme hvis komponenter holdes i et vesentlig konstant fiksert forhold til hverandre, og anordninger for etablering av en relativ hastighet mellom væske, når apparatet er i bruk, i beholderen og bærerelementet slik at biologisk materiale i suspensjon i væsken filtreres derfra og bibeholdes på bærerelementet.

Et viktig trekk ved den ovenfor angitte metode og apparat er det væskepermeable legeme som bevirker nevnte filtrering. Dette legeme kan enten ha integrert konstruksjon eller være et komposittlegeme som omfatter flere individuelle elementer som enten er væskepermeable og/eller anordnet som en væskepermeabel enhet og som holdes i vesentlig fiksert forhold til hverandre, f.eks. ved hjelp av en væskepermeabel ramme-struktur. Det er opprettholdelsen av komponentdelene i komposittlegemet i vesentlig fiksert romforhold som gjør at komposittlegemet effektivt kan filtrere det biologiske materiale.

I foreliggende fremgangsmåte blir det biologiske materiale filtrert fra suspensjonen ved føring av den suspenderende væsken ved en tilstrekkelig høy relativ hastighet gjennom det væskepermeable legeme. Det biologiske materialet inneluttes ved fiksering på legemet (slik at det kan sies å være immobilisert med hensyn dertil) og kan anvendes for biotransformasjonsreaksjoner, som detaljert mer fullstendig i det nedenstående.

Fikseringsteknikken som anvendes i foreliggende oppfinnelse, kan skilles fra de tidligere kjente immobiliseringsteknikker ved at i disse sistnevnte teknikker er bæreren for det immobiliserte materiale fritt for vilkårlig bevegelse i en væske, mens i foreliggende teknikk vil det væskepermeable bærerlegeme enten være stasjonært i en beholder eller anordnet på en rotor eller lignende som gir den bestemte bevegelse av legemet. Betegnelsen "pre-immobilisert" slik den her benyttes under henvisning til biokatalysatorer skal adskilles fra fikseringen ved filtrering som beskrives i det foregående avsnitt. De pre-immobiliserte biokatalysatorene fremstilles ved immobilisering av biokatalysatoren i eller på et partikkelformig materiale (f.eks. en polymergelkule eller en ioneutvekslings-harpiks), f.eks. ved den metode som er beskrevet i EPO-A-22434.En suspensjon av disse partiklene kan anvendes i foreliggende fremgangsmåte og holdes ved fiksering på det væskepermeable legeme.

Fikseringstrinnet i foreliggende oppfinnelse er mye hurtigere enn de konvensjonelle immobiliseringsteknikker p.g.a. den hurtige filtrerings-hastigheten for det biologiske materiale fra væskemassen. Dette leder til redusert risiko for forurensning og nesten ingen skade av det biologiske materiale. I noen av de foretatte forsøk tok hele den fysiske innesperring mindre enn 10 min.

I tillegg til den hurtige fikseringen er den forholdsvis høye fikserings-graden som oppnås ved foreliggende fremgangsmåte, god for "velvære" til det resulterende materiale siden mindre tid er nødvendig for at materialet skal vokse til en spesiell "konsentrasjon" på bæreren. Levedyktigheten til det fikserte materialet er dessuten lengre enn den som oppnås med andre immobiliseringsteknikker. Dette skyldes den høyere mengden av biologisk materiale som immobiliseres på bæreren, hvilket letter transport av stoffer som er vesentlig for materialets vekst.

En ytterligere fordel ved foreliggende oppfinnelse i forhold til den ovenfor beskrevne metode hvori små nettdannede skumpartikler beveges i en væskemasse, er at, i denne sistnevnte teknikk, kan et maksimum på kun 30 volum-% av reaktoren opptas av skumpartiklene. Mengder av skumpartikler over 30% resulterer i tap av sirkulasjon av partiklene. En mye høyere prosentvis volumandel av reaktoren kan opptas av bærerlegemene ved bruk av foreliggende fremgangsmåte.

Det væskepermeable elementet er fortrinnsvis et ikke-toksisk (overfor det biologiske materiale), ikke-korroderende, steriliserbart og eventuelt brennbart materiale. Et foretrukket element er i form av et integrert legeme (f.eks. et ark) av plast (f.eks. polyuretan)-skummateriale med vesentlig indre hulrom, hvilket tilveiebringer flere innbyrdes forbundne porer hvori det biologiske materiale kan holdes ved fiksering. Det væskepermeable elementet kan imidlertid ha en rekke forskjellige andre konstruksjoner. F.eks. kan elementet omfatte et nettverk av endimensjo-nale eller todimensjonale materialer eller tredimensjonale strukturer. En-dimensjonale materialer kan være rette eller krøllede strimler, fibrer, strenger eller tråder av egnet materiale anordnet til å definere en nettverkstruktur med en rekke porer. Todimensjonale strukturer kan være flate, bølgede eller krøllete trådnett, ark, plater, osv. Tredimensjonale strukturer kan lages på en slik måte at de vil få kontinuerlige innbyrdes forbundne nettverk av hulrom med vilkårlig eller ensartet størrelse og geometri. Egnede materialer for fremstilling av slike en-, to- eller tredimensjonale bærermaterialer er rustfritt stål, glass, glassfibrer, karbon-fibrer, keramikk, syntetiske og naturlige polymerer, cellulose, bomull, lin, ull, tre eller andre naturlige eller syntetiske materialer.

Det væskepermeable elementet kan holdes stasjonært eller beveges mekanisk i suspensjonen. Dersom det holdes stajonært, så kan fluidet som inneholder det suspenderte biologiske materialet, gjøres strømmende gjennom bærermedia ved bruk av egnede agitatorer, pumper eller gass-løfteteknikker. Dersom bærermediene beveges mekanisk, så behøver fluiden ikke agiteres eller omrøres ettersom bevegelsen av bærermediene vil gi tilstrekkelig blanding og, strømning. Det er imidlertid mulig å benytte både omrøring av fluidet og mekanisk bevegelse av bærermediene samtidig. En egnet relativ hastighet mellom det biologiske medium og bærermediet kan lett oppnås og styres. På denne måten blir faktisk det biologiske materiale filtrert ut av fluidet av bærermediene og blir fysisk innesperret i eller mellom bærermediene. Dette fikseringstrinn kan anses som lik filtreringsmekanismer for partikkelformig materiale.

Den fysiske innesperringsprosess vil fortsettes ved sirkulering av væskemediet som inneholder resten av det biologiske materiale som enda ikke er innesperret, inntil et tilstrekkelig innesperringsnivå er oppnådd.

Størrelsen på hullene i de todimensjonale bærermediene, størrelsen på porene i de tredimensjonale bærermediene og rommet mellom de endimen-sjonale bærerlegemene vil bestemmes av størrelsesfordelingen for det bio logiske materiale på en slik måte at mesteparten av det biologiske materiale vil bli fysisk innesperret. Det kan være nødvendig å pakke bærermediene sammen for å danne strukturer med ensartede eller vilkårlig varierende porestørrelser.

Dersom størrelsen på porene eller rommet i eller mellom strukturene som

er tilgjengelig for fiksering, velges i overenstemmelse med størrelses-fordelingen og mengden av det biologiske materiale som skal innesperres eller innesluttes, så kan nesten alt av det opprinnelig fritt suspenderte biologiske materiale immobiliseres uten noe tapt podningsmateriale. Dette gir en meget klar væskemasse etter immobilisering, hvilket ikke oppnås på

lett måte ved andre immobiliseringsmetoder.

P.g.a. den klare væskemassen er det nå mulig å belyse det biologiske materiale dersom dette er nødvendig, ved bruk av indre eller ytre lyskilder eller glassfibermateriale.

Det å ha en klar væskemasse leder til mange andre fordelaktige mulig-heter. Det blir ingen blokkering av rør eller åpninger i apparatet med fritt suspendert biologisk materiale. Således kan produktene fra en biotransformasjonsreaksjon bevirket med det fikserte materiale bli kontinuerlig ekstrahert fra apparatet og en ny sats kan påfylles, eller væskemediet kan bevirkes til å strømme kontinuerlig gjennom apparatet. Blanding og om nødvendig beluftning kan oppnås lettere og mer effektivt

i den klare væskemassen.

Dette siste poeng er viktig, fordi det er mulig å velge graden av omrøring og beluftning uten å være begrenset til effekten av fluiddyna-mikken på bevegelsen av bærermediene fordi de er enten stasjonære eller beveget mekanisk, uavhengig av fluidmekanikken.

Man kan også gjøre bedre bruk av det tilgjengelige reaktorrom i aktuelle apparaturer sammenlignet med andre immobiliseringsteknikker.

Bærermediene har nødvendigvis ikke et omfattende adgangsareal fra deres

ytre overflate til det indre. De kan dekkes med et egnet materiale slik som polymerer, geler eller semipermeable membraner etter innesperringen

av biologisk materiale, for å begrense veksten av det biologiske materiale til det indre og også for å eliminere forurensningen fra det ytre. Disse beleggmaterialer vil imidlertid ha den nødvendige permeabilitet for visse kjemiske forbindelser som finnes i systemet.

Selve den fysiske innesperring kan være sterk nok for fiksering av det biologiske materiale i og/eller mellom bærermediene. Den fysiske innesperring kan alternativt fremmes ved anvendelse av elektrostatiske krefter mellom bærermediene og det biologiske materiale, elektromagne-tiske felter og forskjellige brodannende eller bindende materialer.

Etter den fysiske innesperring (men før utførelse av biotransformasjonsreaksjonen) kan det biologiske materialet anspores til å vokse på det væskeformige permeable legemet for dermed å resultere i sterkere for-ankring av det biologiske materialet.

Den etterfølgende vekst av det innesperrede biologiske materiale kan alternativt hindres eller nedsettes om nødvendig, ved bruk av kjemiske, biokjemiske og fysiologiske metoder, slik som fjerning av hormoner, vitaminer, fosfor- eller nitrogenkilde eller tilsetning av veksthemmende enzymer eller andre forbindelser.

Om nødvendig kan bærermediet tas ut av reaktoren etter en passende tid, alt eller noe av det biologiske materialet kan fjernes, og deretter kan bærermediet føres tilbake til reaktorbeholderen.

Det biologiske materiale som benyttes i foreliggende fremgangsmåte, kan f.eks. være planteceller, dyreceller, vevskulturer, celleorganeller, mikroorganismer og andre materialer av biologisk opprinnelse. Disse biologiske materialene kan i sin natur være partikkelformede eller ha mycelieform. Dersom dette ikke er tilfelle, kan de immobiliseres i eller på et egnet materiale på en slik måte at de kan håndteres lik partikler for immobiliseringsformål.

Suspensjonen av biologisk materiale kan ha blitt fremstilt ved homogeni-sering av f.eks. plantemateriale, calluskultur eller suspensjonskultur for dannelse av en suspensjon som er tilstrekkelig "fin" for bruk i oppfin nelsen. En hvilken som helst egnet homogeniseringsmetode kan anvendes, f.eks. den som er beskrevet i britisk patentsøknad 85.19180.

Det biologiske materiale kan være levende, voksende eller ved en stasjonær vekstfase, eller det kan være dødt. Ikke desto mindre vil det biologiske materiale i alle tilfeller være aktivt sett fra et prosessyns-punkt.

Når først det biologiske materiale har blitt fiksert på det væskepermeable elementet, kan det anvendes for å bevirke en biotransformasjonsreaksjon (f.eks. for fremstilling av sekundære metabolitter), skjønt den eksakte natur for reaksjonen naturligvis vil avhenge av det spesielle biologiske materialet. Det er vanligvis nødvendig å tilføre næringsmidler, forløpere, induseringsmidler og/eller andre reaktanter til det biologiske materialet. Disse kan tilføres til det biologiske materialet i væskeform, gassform eller fast form, eller i form av celler, organeller, eller annet biologisk materiale slik som viruser, plasmider, antigener, enzymer, kofaktorer osv. Belysning kan også være nødvendig for prosessen.

Biotransformasjonsreaksjonen kan være en som utføres for fremstilling av spesielle kjemiske eller biologiske produkter, f.eks. nye celler, antistoffer, nukleinsyrer, osv. Produktene kan frigjøres eller utskilles av det biologiske materialet i mediet hvori det dyrkes (og fra hvilket produktene vil bli utvunnet). Produktene kan alterntivt bibeholdes av det biologiske materiale som vil måtte innhøstes for utvinning produkter derfra.

Oppfinnelsen kan også anvendes for biotransformasjonsreaksjoner som innebærer nedbrytning av uønskede produkter (som i avvanns- eller kloakkbehandling) tilført til det biologiske materialet som næringsmedium.

Eksempler på biotransformasjonsreaksjon som oppfinnelsen kan anvendes på, er: (1) Fremstilling av kjemiske forbindelser og/eller biologiske materialer ved endogene enzymatiske transformasjoner i celler; biosyntese fra forløpere tilført til celler; og de novo syntese av komplekse materialer eller forbindelser fra enkle substrater tilført til celler; (2) fremstilling av kjemiske forbindelser og/eller biologisk materiale av celler ko-immobilisert med pre-immobiliserte biokatalysatorer. Disse biokatalysatorene kan f.eks. være enzymer i celler (levende, døde eller hvilende) som er ko-immobiliserte på bæreren. Alternativt kan biokatalysatorene være enzymer eller ko-faktorer som er pre-immobiliserte i eller på partikkelformig materiale (f.eks. polymergelkuler eller ioneutveksler-harpikskuler, klorider, karbonater eller fosfater) som deretter innesluttes ved fiksering på bæreren med cellene. (3) fremstilling av biomasse, f.eks. multiplikasjon av planteceller eller dyreceller.

Eksempler på (1) og (2) benyttet på planteceller er fremstilling av farma-søytika (f.eks. alkaloider, vitaminer og anti-kreftmidler), smaksstoffer, parfymer, pigmenter, plantehormoner, enzymer og genetisk konstruksjons-materiale. Spesifikke eksempler på (1) og (2) benyttet på dyreceller er fremstilling av genetisk materiale og proteiner, f.eks. monoklonale antistoffer, vaksiner, enzymer, hormoner og interferon.

Spesifikke eksempler på endogene enzymatiske transformasjoner innebærer slike reaksjoner som oksydasjon, hydroksylering, (de) metylering, glyko-sylering, forestring, epoksydering og isomerisering. Kjemisk variable substrater (reaktanter) benyttet i biotransformasjoner innbefatter steroider, terpenoider, og alkaloider, men substratene behøver ikke nødvendigvis være endogene overfor planteartene benyttet for trans-formasjonen.

Dette åpner muligheten for fremstilling av nye forbindelser.

Eksempler på biotransformasjon under anvendelse av planteceller:

(a) Hydroksylering av den allyliske stilling til C=C-bindingen i linalool med Nicotiana tabacum;

(b) glukosylering av fenoliske forbindelser med

Lithospermum erythrorhizon

Perilla frutescens var. crispa

Gardenia jasminoides

Mallotus japonicus

Catharamthus roseus

Datura innoxia

(c) Hydroksylering av digitoksin til digoksin med Digitalis lanata,

(d) reduksjon av dobbeltbinding for omdannelse av catenamin til Ajmalicine-isomerer med Catharanthus rosens, (e) hydroksylering av Digitoksigenin eller Gitoksigenin til 5-p<->hydroksygitoksigenin med Daucus carota.

Eksempler på biotransformasjonsreaksjoner som kan foretas ved bruk av enzymer innesperret i det biologiske materiale ved fiksering på bæreren, er: (f) i tilfellet for multienzymsystemer kan de mangelfulle enzymene innesperres sammen med planteceller ved fiksering, (g) dersom primært substrat ikke kan komme inn i planteceller, kan det behandles med et enzym som er innesperret sammen med plantecellene ved fiksering og deretter endres til den sekundære tilstand for substratet som kan komme inn i plantecellene, (h) dersom primært substrat ikke kan anvendes av plateceller, kan det transformeres med et enzym som er innesperret sammen med plantecellene ved fiksering til sekundært substrat som kan benyttes av planteceller.

Et spesifikt eksempel på (3) i forbindelse med hvilket oppfinnelsen har en signifikant betydning, er dyrkningen av immobiliserte, udifferensierte celler (f.eks. callus) for fremstilling av flere kimplanter, dvs. små planter som deretter kan dyrkes på normal måte. Cellene blir i virkeligheten til-ført spesielle media som induserer differensiering og skuddvekst. Dette er den såkalte masse-propagering via mikro-propagering av planter. Teknikken er fordelaktig i forhold til konvensjonelle landbruksmetoder for dyrkning, fordi virus og andre sykdomsfrie, genetisk lignende planter som gir høyt utbytte, kan produseres. Følgelig kan planter av en spesiell genus eksklusivt fremstilles, fordi bare en genus av arten kan gi et ønsket produkt. Det er mulig å plante celler som har blitt fremstilt ved genetiske manipuleringsteknikker for fremstilling av nye arter.

Forskjellige reaktorkonstruksjoner kan anvendes for å utføre foreliggende fremgangsmåte.

Bærermediene kan holdes stasjonære i reaktorbeholderne lik ledeplater, og væskemassen kan bevirkes til å strømme over og gjennom disse ved hjelp av røreverk, pumper eller luft/gass-løftevirkning. Bærermediene kan også anvendes i horisontale eller skrånende dekkede kanaler i form av vertikale eller skrånende ledeplater, og væskemassen kan strømme over og gjennom disse ved innvirkning av tyngdekraften, gass/luft-løfting tilveiebragt ved sprøyting av gas/luft inn i væsken som opptar rommene mellom ledeplatene, eller ved røreverk i hvert rom, eller ved væske-sirkulering ved anvendelse av pumper.

Bærermediene kan anbringes horisontalt i en reaktorbeholder slik som platene i en destillasjonskolonne, og væsken kan strømme over og gjennom disse under innvirkning av tyngdekraften og pumpesirkulasjon. Rommet mellom hver "plate" kan enten være fullstendig eller delvis fylt med væske. Dette arrangement kan også sees som likt det til våt--siktanordninger. Det kan tilveiebringes sidearmer for å tilsette eller fjerne næringsmidler eller produkter, eller for å tilføre oppløste gasser.

En foretrukket enhet ifølge oppfinnelsen omfatter flere væskepermeable legemer i form av sikter, plater eller lignende anordnet over hverandre og kan være slik at den gjennomsnittlige størrelsen av biologisk materiale som ethvert legeme er i stand til å filtrere, er mindre enn den som kan filtreres av det neste følgende overliggende legeme. Filtrering av en suspensjon omfattende biologisk materiale av forskjellige størrelser gjennom enheten fra toppen til bunnen tillater at materialet kan holdes ved fiksering på legemene i fraksjoner av forskjellig størrelsesområde, idet det største biologiske materialet holdes tilbake på det øverste legeme, og det minste holdes tilbake på det laveste legeme. Hver av fraksjonene av biologisk materiale kan deretter dyrkes under betingelser som er optimale for den spesielle størrelsesfraksjon.

Bærermediene kan være opprullede ark med mellomrom eller annet materiale mellom hvert lag og anbragt lik patroner i sylindriske reaktor-beholdere. Fluidmassen kan strømme gjennom og over disse bærermedier ved anvendelse av pumper. Tilførselen av næringsstoffer og fjerning av produkter kan oppnås gjennom væskemassen som opptar rommet mellom lagene.

Bærermediene kan anvendes i form at konsentriske sylindriske hylstere anbragt vertikalt eller horisontalt i reaktorbeholderen.

Bærermediene kan også være festet til en roterende aksel slik som en skovleanordning, og hele anordningen anbringes vertikalt eller horisontalt i en reaktorbeholder og helt eller delvis neddykket i fluidmassen.

Reaktorene kan inneholde en egnet oppkuttingsanordning for å skjære biomassen som rager ut av bærermediene p.g.a. sterk vekst. Konstruk-sjonen av denne oppkuttingsanordning og dens operasjon kan variere avhengig av den individuelle reaktorkonstruksjon. Noen eksempler på oppkuttingsanordningen er gitt i de relevante deler vedrørende individuelle reaktorbeskrivelser i foreliggende oppfinnelse.

Dersom størrelsen på aggregatene av det biologiske materiale som kuttes av fra bærermediene er for stor til å passere gjennom utløpsåpningene, så kan deres størrelse reduseres ved bruk av en høyskjæranordning, fortrinnsvis plassert på bunnen av reaktoren.

Dersom belysning er nødvendig for det biologiske materiale slik som alger, planteceller, osv., kan dette oppnås ved å feste lyskilder i passende posisjoner, f.eks. røreverkene eller veggene i beholderen. Ettersom væskemassen vil være klar, vil den gi adgang for gjennomslipning av den nødvendige belysning. Hvis lyskilden må komme i kontakt med væske, så kan den gjøres vanntett. Lyskildene kan også være plassert på utsiden av reaktorbeholderen, og de kan sende lys gjennom glassvinduer i reaktoren. Alternativt kan bærermediene være fremstilt av glassfibrer hvis kuttede ender kan anvendes for belysning ved bruk av en lyskilde som er tilført til hovedkjernen til den forgrenede glassfiberstruktur.

Oppfinnelsen skal ytterligere beskrives under henvisning til de medføl-gende tegninger hvor: fig. 1 er et generelt skjematisk diagram over et komplett reaktorsystem som kan anvendes i foreliggende fremgangsmåte;

fig. 2 er et skjematisk sideriss av en utførelse av en reaktor for utførelse av foreliggende fremgangsmåte;

fig. 3 er et toppriss av reaktoren vist på fig. 2;

fig. 4 viser oppskjæringsanordningen benyttet i reaktoren på fig. 3;

fig. 5 er lik fig. 3, men viser en modifisert form for bærermedier;

fig. 6 er lik fig. 4, men viser en modifisert oppskjæringsanordning benyttet i reaktoren på fig. 5;

fig. 7 er et skjematisk sideriss av en ytterligere reaktorutførelse;

fig. 8 er et toppriss av reaktoren vist på fig. 7;

fig. 9 er et skjematisk riss av en ytterligere reaktorutførelse;

fig. 10 er et enderis av reaktoren vist på fig. 9;

fig. 11 er et riss av en ytterligere reaktorutførelse;

fig. 12 er et enderiss av reaktoren vist på fig. 11;

fig. 13 er et sideriss av en første utførelse av et planteformeringsapparat ifølge oppfinnelsen;

fig. 14 er et enderiss av formeringsapparatet vist på fig. 3;

fig. 15 er et sideriss av en annen utførelse av et planteformeringsapparat;

fig. 16 er et enderiss av formeringsapparatet vist på fi. 15;

fig. 17 er et sideriss av en tredje utførelse av planteformeringsapparatet;

fig. 18 er et skjematisk planriss av planteformeringsapparatet vist på fig. 17;

fig. 19 er et sideriss av en fjerde utførelse av planteformeringsapparat;

fig. 20 og 21 er grafiske fremstillinger av forsøksresultatene (se senere); og

fig. 22 er et skjematisk riss av forsøkreaktoren benyttet i forsøk 2 (se senere).

Siden fermentere er velkjent, innbefatter foreliggende beskrivelse ikke annet utstyr, enheter slik som holdetanker, sterilisatorer, osv., og instrumentering og konstruksjonsdetaljer som er kjent for enhver fagmann innen teknikken fermenterkonstruksjon og —drift, og vil spesielt være rettet mot de elementer som utgjør en del av eller samvirker direkte med apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Under henvisning til fig. 1 vises der et generelt skjematisk diagram av et fullstendig system for utførelse av foreliggende fremgangsmåte.

Systemet vist på fig. 1 innbefatter en reaktor 1 som kan ha forskjellige utforminger som beskrevet i det nedenstående, en anordning 2 som vil redusere størrelsen på aggregatene av det biologiske materiale, en våt-siktkolonne 3, produktsepareringsenhet 4, og en beluftningsbeholder 5.

Ved drift er det først nødvendig ved kjøring av en reaktor 1 å fremstille et inokulum som kan dyrkes i en separat fermenter 6. Før fikseringen kan størrelsen på aggregatene i det biologiske materiale i inokulumet om nødvendig reduseres for innesperring ved bruk av en egnet anordning 2, og deretter kan fraksjonen med egnet størrelse oppsamles gjennom våtsiktkolonnen 3.

For å hindre innesperringen av luftbobler i bærermediene under fiksering, kan beluftningen av næringsmiddeloppløsningen oppnås ved kontinuerlig resirkulering av næringsmiddeloppløsningen gjennom en separat beluftningsbeholder 5.

Dersom den forøkede produktkonsentrasjon begynner å inhibere reaksjonen eller den biologiske aktiviteten, kan da produktene fjernes ved kontinuerlig resirkulering av væsken gjennom produktsepareringsenheten 4.

Når det biologiske materiale holdes ved fiksering, blir kulturbuljongen progressivt klarere, og bare de meget store aggregatene av biologisk materiale som ikke kan innesperres i en gitt porestørrelse og/eller overskudd biologisk materiale, forblir i næringsmiddeloppløsningen. Dette utelukkede eller overskudd av biologisk materiale kan fjernes og benyttes på nytt som et inokulum etter å ha passert gjennom størrelsesreduksjons-anordningen, om nødvendig, for en annen reaktor eller selve inokulum-fermenteren.

Under henvisning til fig., 2 på tegningen vil det fremså at den illustrerte reaksjonsbeholder 7 innbefatter ledeplatelignende plater av vertikalt holdte bærermedier 8. Denne reaksjonsbeholder 7 innbefatter også tobladede røreverk 9, 10; et 9 ved bunnen av beholderen og det andre 10 under væskeoverflaten 11. Som det klart fremgår fra fig. 3 som er et toppriss av fig. 2, kan platene av polymerskum 8, ha et avlangt tverrsnitt og er anordnet i et omkretsmessig avstandsplassert forhold. En luft-fordeler 12 er anordnet på en slik måte at luftboblene stiger i rommene mellom skumplatene og dermed hjelper blandingen. Reaktoren omfatter også en spesiell skjæreanordning 13 for regulering av overskudd vekst ut av skumplatene. Som vist i topprisset på fig. 4 kan skjæreanordningen hovedsakelig bestå av flere blader 13a slik at når de beveges opp og ned, vil skjæreanordningen 13 skjære plantecellene som er utvokst på overflaten av skumplatene.

Fig. 5 er et riss lik det på fig. 2, men viser bruken av bærermedier 8a med kileformet tverrsnitt. Fig. 6 er lik fig. 4, men viser en modifisert skjæreanordning 13b.

I en annen foretrukken reaktorkonstruksjon som vist på fig. 7 og i et toppriss på fig. 8, kan bærermediene 14 også benyttes i form av stasjonære konsentriske hylser som holdes vertikalt i reaktorbeholderen 15. I denne utførelsen innbefatter reaktorbeholderen 15 en spesiell dreieanordning 16

som vist på figuren. Denne spesielle dreieanordning 16 som består av flere blader festet til røreverkets 17 aksel, virker både som en rører og en skjæreanordning for regulering av overskudd vekst ut av bærermediene 14.

I den modifiserte reaktoren vist på figurene 9 og 10 er bærermediene i form av konsentriske, sylindriske hylstere 14a dreibart understøttet om en horisontal akse. Anordningen med bærermedier 14a er delvis neddykket under væskenivået L og dreies omkring en horisontal akse i en reaktorbeholder 18 som innbefatter en skjæreanordning 19 bestående av flere konsentriske faste blader. Når anordningen med bærermediene 14a dreies,

vil skjæreanordningen 19 skjære plantecellene som har vokst ut på de utvendige overflatene til bærermediene 14a.

I utførelsen av reaktoren vist på fig. 11 og 12 er bærermediene 20 festet

på en dreibar horisontal akse 21 som tillater at enkelte av bærermediene er neddykket i væskemassen. Utførelsene på figurene 9-12 tillater at bærermediene kan beveges intermitterende i kontakt med luft hvilket er viktig dersom det biologiske materiale krever oksygen.

Figurene 13 og 14 illustrererer en første utørelse av planteformeringsapparatet ifølge oppfinnelsen. Formeringsapparatet omfatter en beholder 22 hvori det er anordnet 2 væskepermeable bærerlegemer 23 som er montert 180° fra hverandre på en aksel 24 drevet av en motor 25.

Beholderen 22 innbefatter to øvre væskeinnløpsåpninger 26, to nedre væskeutløpsåpninger 27, en gassinnløpsning 28 og en gassutløpsåpning 29. I bruk blir beholderen 22 vesentlig fylt med en suspensjon av planteceller, og motoren 25 aktiveres for å bevege bærerlegemene rundt beholderen 22 og derved filtrere plantecellene og innfange dem på disse legemene. Ved slutten av denne operasjonen blir bærerlegemene 23 bragt til den horisontale stilling som er illustrert på fig. 14. Væsken i beholderen 22 kan deretter dreneres gjennom åpningene 27 og erstattes av et spesielt medium for å indusere differensiering og skuddannelse til et nivå nær linjen 30 på fig. 14. Cellene kan deretter dyrkes under kjente betingelser for å produsere "kimplanter", (dvs. små planter) som kan innhøstes fra formeringsanordningen for vekst i jorden eller lignende.

En annen utførelse av formeringsanordningen er vist på figurene 15 og 16. Denne formeringsanordning omfatter en sylindrisk beholder 31 hvori det over beholderens diamentralplan er festet et væskepermeabelt bærer-materiale 32. Beholderen 31 er dreibart anordnet på et stativ 33, og kan dreies av motoren 34. Beholderen innbefatter væskeinnløpsåpninger 35, væskeutløpsåpninger 36, en gassinnløpsåpning 37 og en gassutløpsåpning 38.

Ved drift av denne utførelsen av planteformeringsanordning blir en suspensjon av planteceller innført i beholderen 31 som deretter dreies av motoren 33. Bærerlegemet 32 dreies med beholderen 31 og filtrerer plantecellene fra suspensjon. Når denne fikseringsoperasjonen er ferdig, kan plantecellene dyrkes på den måte som er angitt for formeringsanordningen vist på figurene 13 og 14.

Planteformeringsanordningen vist på figurene 17 og 18 omfatter en beholder 39 hvori det er tilveiebragt flere vertikale, avstandsplasserte, væskepermeable bærerlegemer 40. En agitatorinnretning omfattende øvre og nedre blader 41 og en motor 42 er også tilveiebragt.

Som det fremgår fra det skjematiske planrisset på fig. 18, har beholderen 39 et sirkulært tverrsnitt. Bærerlegemene 40 er hver like store hoved-segmenter av en sirkel med samme diameter som beholderen 39. Det er således et rom 43 mellom den plane kanten til hvert legeme 40 og veggen til beholderen 39. Bærerlegemene 40 befinner seg i et vinkelforskjøvet forhold til hverandre slik at rommene 43 har det forskjøvede forhold som klart er illustrert på fig. 18.

For å bevirke fiksering innføres en suspensjon av planteceller i beholde-

ren 39, og motoren 42 igangsettes for å omrøre suspensjonen og således bevirke filtrering av det biologiske materiale på legemene 40. Under denne immobiliseringsoperasjonen kan det biologiske materialet som er tilbake i suspensjonen, passere gjennom åpningene 43. Dette sikrer at det biologiske materiale blir jevnt fordelt blant bærerlegemene 40.

Formeringsanordningen vist på fig. 19 er lik den vist på figurene 17 og

18 (inkludert i forhold til hverandre vinkelforskjøvede, segmentformede bærerlegemer) og like deler er betegnet med de samme henvisningstall. Denne formeringsanordningen omfatter imidlertid i tillegg et overrislings-system 44 inkludert flere sprayhoder 45 anordnet for sprøyting på legemene 40, samt et belysningssystem inkludert lyspærer eller lignende 46 på innsiden av beholderen 39.

Etter fiksering av planteceller og tilførsel dertil av medier for å for-årsake differensiering og vekst, kan "kimplantene" dyrkes ved hjelp av _ lysene 46 samt væske sprøytet på legemene 40 ved hjelp av sprayhodene 45.

Foreliggenbde fremgangsmåte skal ytterligere illustreres ved hjelp av eksempel bare under henvisning til følgende forsøk.

For å fastslå forskjellen i effektiviteten til fysisk innesperring mellom

det statiske bærermediet og det bevegede partikkelformige medium, ble følgende forsøk foretatt:

Forsøk 1: Relativ hastighet mellom skumpartikler og plantecelleaggregater

Den relative hastigheten mellom to partikkelformige materialer som beveger seg i en væske, kan avspeiles ved forskjellen i deres individuelle, terminale, frie, sedimenteringshastigheter i den samme væsken. De terminale, frie sedimenteringshastighetene ble målt ved å slippe skumpartiklene og celleaggregatene av varierende størrelser i vann og måle den tid som forløp ved fall i en bestemt avstand. Resultatene er vist på figurene 20 og 21.

Ifølge disse figurene varierer den frie fallhastigheten med størrelsen på skumpartiklene og med størrelsen på celleaggregatene. Skumpartikkelen som ble benyttet for dette forsøket, hadde 30 porer pr. tomme (ca. 12 porer pr. cm). Dette gir en gjennomsnittlig porestørrelse på 0,8 mm. Foregående forsøksresultater indikerer at celleaggregatene med en størrelse på opptil 1,5 mm kan innfanges i 30 ppi (ca. 12 p/cm) skummatrise. En gjennomsnittlig terminal hastighet for skumpartiklene kan tas som 2,5 cm/sek.(fig. 20). Terminalhastigheten for celleaggregater varierer fra 0,5 til 3,2 cm/sek. avhengig av størrelsen (fig. 21). Den gjennomsnittlige terminalhastiheten for celleaggregater av interesse (dvs. 0,5-1,5 mm) er imidlertid ca. 0,5 cm/sek. Når skumpartiklene og celleaggregatene sammenrøres i en reaktor, er derfor den relative hastighet mellom dem (2,5 - 0,5) = 2,0 cm/sek.

Når den terminale, frie sedimenteringshastigheten er mindre enn 0,5 cm/sek., har partiklene tendens til å følge væskens sirkulasjonsmønster (W.L. McCabe og J.C. Smith, (1967) "Unit Operations of Chemical Engineering", side 267, McGraw-Hill.). Den gjennomsnittlige hastigheten i en væske omrørt med et skovle-røreverk varierer fra 0,7 til 0,1 for hastigheten på rørekovlens tupp (W.L. McCabe og J.C. Smith (1967), "Unit Operations in Chemical Engineering", side 252, McGraw-Hill.). I en omrørt beholder vil derfor plantecelleaggregater med et størrelsesområde opptil 1,5 mm, som har en gjennomsnittlig terminal fermenteringshastighet på 0,5 cm/sek., ha hastigheter på 0,7-0,1 for hastigheten på røreskovlens tupp. Når skummatrisen holdes stasjonært, slik tilfellet er for ledeplate-reaktoren, vil den relative hastighet mellom celleaggregatene og skummatrisen være 0,7-0,1 for hastigheten på røreskovlens tupp. I en slik reaktor kan derfor den relative hastighet reguleres ved en ønsket verdi ved enkel endring av røreskovlehastigheten. Som et eksempel, dersom hastigheten på røreskovlens tupp er ca. 36 cm/sek., som tilfellet er i forsøk 2 nedenfor, er den gjennomsnittlige relative hastighet mellom skummatrisen og celleaggregatene 25-3,6 cm/sek. i en ledeplate-reaktor. Denne verdi er mye høyere enn den gjennomsnittlige relative hastighet mellom bevegede skumpartikler og cellleaggregater, som er 2,0 cm/sek.

Forsøk 2: Sammenligning av fysisk innesperring for en ledeplate- reaktor og en reaktor med sirkulerende skumpartikler

I dette forsøket anvendes den samme beholderen og røreskovleverk (som illustrert på fig. 22) først med skumplater holdt stasjonært som ledeplater og deretter med sirkulerende skumpartikler. Røreskovleverkhastigheten og posisjonen, væskevolumet, den innledende mengde av og størrelse på celleaggregatene, det totale volum for skummatrisen og forsøkets varighet, er det samme for begge forsøk. Bortsett fra om skummatrisen beveger seg i beholderen eller ikke, er den eneste andre forskjell det totale utvendige overflateareal for skummatrisen.

Beholder og røreskovleverk ( fig. 20)

Totalt væskevolum: 1000 cm^

Høyde på væskenivå: 13 cm

Diameter på beholder: 10 cm

Bredde på røreskovleverk: 2,5 cm

Lengde på røreskovleverk :7,6 cm

Avstand for røreskovleverk fra bunnen av beholderen: 0,5 cm Røreskovleverk-hastighet: 90 omdr./min.

Ledeplate- reaktor:

Totalt volum på skummatrise = 187,5 cm^

Totalt utvendig overflateareal for skummatrise = 387,5 cm^

Dimensjoner på hver skum-ledeplate = 2,5 x 2,0 x 7,5 cm

Antall skum-ledeplater 5

Innledende volum for fritt suspenderte celleaggregater = 730 mg (tørr-vekt) Mengde innesperret etter 30 min. = 285 mg (tørrvekt)

Prosent innesperring = (285/730) 100 = 39%

Den gjennomsnittlige relative hastighet mellom skummatrise og celleaggregater = 25-3,6 cm/sek.

Reaktor med sirkulerende skumpartikler:

Totalt volum på skummatrise = 190 cm^

Totalt utvendig overflateareal for skummatriser = 1140 cm^

Dimensjoner på skumpartikler = 1x1 x 1 cm

Antall skumpartikler = 190

Innledende mengde av fritt suspenderte celleaggregater = 730 mg

(tørrvekt)

Mengde innesperret etter 30 min. = 13 mg (tørrvekt)

Prosent innesperring = (13/730)100 = 1,8%

Gjennomsnittlig relativ hastighet mellom skummatrise og celleaggregater = mindre enn 2,0 cm/sek.

Resultatene viser at, til tross for det fordelaktige faktum at de sirkulerende skumpartiklene har mye større utvendig overflateareal tilgjengelig for kontakt og inntrenging av celleaggregater, så er den totale innesperring innen den samme tidsperiode mye mindre enn det som kan oppnås i en ledeplate-reaktor. Denne økede innesperringseffektivitet i ledeplate-reaktoren skyldes de høyere relative hastigheter mellom skummatrisen og celleaggregatene enn de i reaktoren med sirkulerende skumpartikler.

Følgende data vedrørende levedyktigheten til kulturen innesperret ved fiksering og produksjonshastighet av produkter, illustrerer også opp-finnelsens fordeler.

I. Sammenligning av levedyktighet

(a) Innesperret ved fiksering i skumplater (oppfinnelsen)

; levedyktig over 24 måneder når næringsmediet endres hver 4. uke under anvendelse av enten fullvekst- eller produksjonsmedium.

(Etter den 15. måneden ble intet medium endret, men celler var fremdeles levedyktige ved slutten av den 24. måneden).

(b) Suspensjonskultur (i 250 ml kolbe)

; levedyktig opptil 2 måneder uten tilsetning av friske næringsmidler.

(c) Immobilisert kultur (i 250 ml kolbe)

; levedyktig opp til 4 måneder uten tilsetning av friske næringsmidler.

(d) Immobilisert i skumpartikler

; levedyktig over 6 måneder når næringsmediet endres hver 4.

uke under anvendelse av fullvekstmedium, men når det ble endret til produksjonsmedium, falt levedyktigheten brått til 40%, og til slutt var alle cellene døde etter 6 måneder fra starten av immobilisering.

II. Sammenligning av produksjon av capsaisin

(a) Celler innesperret ved fiksering i skumplater (3x 8x1 cm) ved anvendelse av foreliggende fremgangsmåte: Capsaisin-konsentrasjonen var 25 pg/ml medium, idet totalt reaktorarbeidsvolum var 700 ml (total masse av planteceller var 175 g-våtvekt). Derfor var produksjonen 100 ug/g-våtcellevekt. (b) Celler immobilisert i skumpartikler (lxlxl cm), capsaisin-konsentrasjon var mindre enn 1 pg/ml medium, idet totalt reaktorarbeidsvolum var 5000 ml. (Total masse av planteceller var 500 g-våtvekt). Derfor var produksjonen 10<p>g av capsaisin-/g-våtcellevekt.

Følgende eksempel illustrerer anvendelsen av foreliggende oppfinnelse på "mikro-formering" av planter.

Planteregenerering fra vevkulturer av Capsicum Frutescens under anvendelse av mikro- formeringsanordning

Callus eller suspensjonskulturer initiert fra stengel-eksplantasjoner av Capsicum frutescens (chilipepper) ble homogenisert ifølge metoden beskrevet i britisk patentsøknad 85.19180 og deretter introdusert aseptisk i reaktoren illustrert på fig. 15 som inneholdt Schenk- og Hildebrandt

(SH)-medium. Når bærermaterialet ble holdt horisontalt, dekket væsken den fullstendig.

Reaktoren ble dreiet rundt sin horisontalakse for å filtrere cellene inn i bærermaterialet. Dette ble fortsatt inntil cellene fullstendig fylte struktu-ren. Deretter ble mediet drenert fullstendig, og reaktoren ble fylt med et differensiering-induserende medium opptil et slikt nivå at når bærer-strukturen ble holdt horisontalt, berørte væskemediet akkurat bærer-strukturens bunnoverflate. Dette nye medium var en modifikasjon av Murashige og Skoog's (MS) basalmedium. MS-mediet var supplert med indoleddiksyre (1 mg/l) og benzyladenon (2 mg/l). Planteceller behandlet på den ovenfor angitte måte ville gi skuddknopper og knopper med røtter etter 6 uker fra tilsetningen av differensiering-induserende medium og fullt utviklede planter etter 10 uker.

Claims (30)

1. Fremgangsmåte for utførelse av biotransformasjoner, karak erisert ved at man (a) fikserer biologisk materiale ved føring av en suspensjon av biologisk materiale omfattende levende eller biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler innbefattende pre-immobiliserte biokatalysatorer i et væskemedium, gjennom et væskepermeabelt element som kan filtrere nevnte biologiske materiale, for å filtrere det biologiske materiale fra nevnte væskemedium, idet elementet er et integrert legeme eller et komposittlegeme hvis komponenter holdes i et vesentlig fast romforhold i forhold til hverandre; (b) foretar en biotransformasjonsreaksjon ved å bringe nevnte biologiske materiale båret på nevnte element, i kontakt med et væskemedium og/eller gassformig medium for dannelse av et produkt og/eller biomasse; og (c) utvinner nevnte produkt og/eller innhøster nevnte biomasse.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter planteceller.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter dyreceller.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter organeller.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter plantevev.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter animalsk vev.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter mikroorganismer.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter en biokatalysator i eller på en polymergelkule, på en ioneutvekslerharpiks eller på et uorganisk salt.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at biotransformasjonsreaksjonen foretas for fremstilling av en sekundærmetabolitt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at suspensjonen av biologisk materiale omfatter biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler av forskjellig størrelse, og at suspensjonen filtreres gjennom flere væskepermeable elementer som er i form av gitterverk, brett eller lignende anordnet over hverandre og er slik at den gjennomsnittlige størrelsen på det biologiske materiale som enhver av nevnte elementer kan filtrere, er mindre enn det som kan filtreres av det neste følgende øvre legeme.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det væskepermeable element omfatter et plastskummateriale.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det væskepermeable element omfatter et nettverk av optiske fibrer med eksponerte ender i elementet, og at lys overføres langs de optiske fibrer under biotransformasjonsreaksjonen.

13. Apparat for fiksering av biologisk materiale i form av biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler, omfattende delvis immobiliserte biokatalysatorer, fra en suspensjon derav i væskemedium, karakterisert ved at apparatet innbefatter et væskepermeabelt element i beholderen som kan filtrere det biologiske materiale, hvor elementet er et integrert legeme eller et komposittlegeme hvis komponenter holdes i et vesentlig konstant fast forhold til hverandre, og anordninger for opprettelse av en relativ hastighet mellom væske som, ved bruk av apparatet, holdes i beholderen og bærerelementet slik at biologisk materiale i suspensjon i væsken filtreres derfra og tilbakeholdes på bærerelementet.

14. Apparat ifølge krav 13, karakterisert ved at bærerelementet er relativt fiksert i beholderen, og at anordninger er tilveiebragt for bevegelse av væske som, i bruk av apparatet, inneholdes i beholderen, gjennom det væskepermeable element for å bevirke nevnte filtrering.

15. Apparat ifølge krav 13, karakterisert ved at det væskepermeable element kan beveges i beholderen og er forbundet med drivinnretninger for bevegelse av bærerelementet gjennom væske som, ved bruk av apparatet, inneholdes i beholderen for derved å bevirke nevnte filtrering.

16. Apparat ifølge hvilket om helst av kravene 13-15, karakterisert ved at det er forsynt med anordninger for skjæring av overskudd biologisk materiale fra bærerelementet.

17. Apparat for fiksering av biologisk materiale i form av biologisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler, omfattende delvis immobiliserte biokatalysatorer fra suspensjonen derav i et væskemedium, karakterisert ved at apparatet innbefatter en beholder, flere væskepermeable elementer i form av gitterverk, brett eller lignende anordnet over hverandre og i stand til å filtrere nevnte biologiske materiale, idet nevnte elementer er et integrert legeme eller et komposittlegeme, hvis komponenter holdes i et vesentlig, fast romforhold i forhold til hverandre, og idet legemene er anordnet slik at den gjennomsnittlig størrelsen for biologisk materiale som hvilket som helst av elementene kan filtrere, er mindre enn den som kan filtreres av det neste følgende øvre legeme.

18. Biokjemisk reaktorsystem, karakterisert ved at det innbefatter et biologisk materiale kolonisert på en bærer, hvor det biologiske materialet omfatter legemene eller biokjemisk aktive celler og/eller vev og/eller partikler omfattende pre-immobiliserte biokatalysatorer, bæreren er et væskepermeabelt element som kan filtrere nevnte biologiske materiale fra en suspensjon derav i et væskemedium, idet elementet er et integrert legeme eller et komposittlegeme hvis komponenter holdes i et vesentlig konstant fast forhold til hverandre, og reaktorsytemet er fremstilt ved filtrering av en suspensjon av nevnte biologiske materiale i et væskemedium gjennom nevnte bærer.

19. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter planteceller.

20. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter dyreceller.

21. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter organeller.

22. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter plantevev.

23. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter animalsk vev.

24. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter mikroorganismer.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det biologiske materiale omfatter en biokatalysator i eller på en polymergelkule, på en ioneutvekslerharpiks eller på et uorganisk salt.

26. Reaktorsystem ifølge krav 18, karakterisert ved at bæreren omfatter et nettverk av optiske fibrer som har ender eksponert i bæreren, og at systemet videre er forsynt med en lyskilde anordnet for overføring av lys fra kilden inn i bæreren.

27. Fremgangsmåte for utførelse av en biotransformasjonsreaksjon, karakterisert ved at man bringer et reaktorsystem ifølge krav 18, i kontakt med et væskemedium og/eller gassformig medium for dannelse av et produkt og/eller biomasse.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27, karakterisert ved at den utføres for fremstilling av en sekundær metabolitt.

29. Planteformeringsapparat, karakterisert ved at det omfatter en beholder, et væskepermeabelt bærerelement i beholderen som kan filtrere planteceller fra en suspensjon derav i et væskemedium, idet bærerelementet er et integrert- legeme eller et komposittlegeme hvis komponenter holdes i et vesentlig konstant fast forhold i forhold til hverandre, og anordninger for etablering av en relativ hastighet mellom væske som, ved bruk av formeringsapparatet, holdes i beholderen, og bærerelementet slik at planteceller i suspensjon i væsken filtreres derfra og holdes tilbake på bærerlementet.

30. Planteformeringsapparat ifølge krav 29, karakterisert ved at bærerelementet er i eller kan bli anbragt i en vesentlig horisontalstilling, og at beholderen har et væskeutløp under det horisontalt stilte bærerlegeme for å tillate væske å dreneres fra beholderen til et nivå egnet for planteformering.