Künstliche Einzelstrang-DNA (ssDNA) mit benutzerdefinierten Sequenzen und Längen wird zunehmend in großen Mengen benötigt, um das Potenzial neuer Technologien wie Genome Editing oder DNA-Origami auszuschöpfen. Die biotechnologische Massenproduktion von ssDNA kann prinzipiell mit Hilfe von Escherichia coli im Hochzelldichteverfahren über die Sekretion von Phagemidpartikeln erfolgen. 

In Vorarbeiten gelang vor kurzem die Herstellung nicht infektiöser Phagemidpartikel mit benutzerdefinierter ssDNA. Dies ermöglicht erstmalig die kreuzkontaminationsfreie und damit sichere biotechnologische Produktion von ssDNA mit E. coli bei jedem Auftragshersteller. Im Labor-Rührkesselreaktor konnte dabei mit einem optimierten Fermentationsverfahren eine 40-fache Steigerung der maximalen Produktkonzentration gegenüber früheren skalierbaren ssDNA-Produktionsmethoden erreicht werden.

Aktuelle Herausforderungen zur unbegrenzten Massenproduktion von benutzerdefinierter ssDNA und DNA-Nanoobjekten (DNA-Origami) sind die Maßstabsvergrößerung der gesamten Prozesskette bis in den m³-Maßstab (Fermentative Herstellung von Phagemidpartikeln, Isolierung der ssDNA und autokatalytische Selbstassemblierung von DNA-Nanoobjekten). Zur Anwendung im Pharmabereich muss dabei eine hohe Reinheit der DNA-Nanoobjekte gewährleistet werden. Hierzu müssen insbesondere Verunreinigungen durch genomische DNA, ssDNA Bruchstücke und Endotoxinen durch geeignete Verfahrensschritte ausgeschlossen werden.

Ziel dieses gemeinsamen Forschungsvorhabens mit dem Lehrstuhl für Biomolekulare Nanotechnologie (Prof. Hendrik Dietz) an der TUM School of Natural Sciences ist die verfahrenstechnische Ausarbeitung dieser Prozesskette vom Gen zum DNA-Nanoobjekt bis in den m³-Maßstab, um die beliebig skalierbare Massenproduktion mit Hilfe von E. coli zu ermöglichen. Die Untersuchungen zur Maßstabvergrößerung sollen im TUM-Technikum für Weiße Biotechnologie in Garching erfolgen.