Modellierung und Implementierung einer relationalen Datenbank zur Verwaltung von biotechnologischen Prozessdaten als Grundstein für die Einführung eines Qualitätsmanagementsystems
©2004
Diplomarbeit
124 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer Diplomarbeit bei der Fa. Silantes GmbH in München. Sie entstand aus der Absicht heraus einerseits eine für das Unternehmen maßgeschneiderte Software zu entwickeln und andererseits meine, während des Studiums erworbenen Kenntnisse praktisch anzuwenden. Die Firma Silantes beschäftigt sich mit der Herstellung stabiler isotopenmarkierter Biomoleküle. Ausgehend von den Rohstoffen, über mehrere Zwischenproduktstufen, hin zu den Endprodukten durchlaufen die verarbeiteten, organischen Verbindungen eine Prozesskette aus Produktions-, Trennungs- und Aufreinigungsschritten. Entlang dieser Prozesskette fallen für jeden Teilprozess spezifische und charakteristische Prozessdaten an.
Ziel dieser Arbeit war es eine Datenbankanwendung zu entwickeln. Diese Datenbank übernimmt zunächst die Aufgabe der Dokumentation und der Verwaltung wichtiger Prozessdaten innerhalb dieser Wertschöpfungskette und im Weiteren die Darstellung und die Auswertung dieser Parameter. Eine etablierte Prozessdokumentation stellt die Voraussetzung für die Zertifizierung nach einer Qualitätsmanagementsystem Norm dar. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag in der detaillierten Aufnahme von Prozessabschnitten und einer transparenten Dokumentation des Gesamtprozesses. Dies garantiert in der Folge eine reproduzierbare und präzis rückverfolgbare Chargenherstellung.
Das vorliegende Dokument selbst stellt, neben einigen theoretischen Betrachtungen zur Datenmodellierung und Datenbankimplementierung, im Schwerpunkt eine praxisbegleitende Schrift dar. Die theoretischen Betrachtungen zur Datenmodellierung werden anhand ausgewählter, exemplarischer Fallbeispiele aus der praktischen Arbeit erläutert und stellen den Versuch dar, dem Leser durch Praxisnähe schrittweise, die unter wissenschaftlich korrektem Vorgehen durchgeführte Modellierung, näher zu bringen, ohne in eine akademische Grundsatzdiskussion über Datenbanken abzudriften.
Gang der Untersuchung:
Die Entwicklung der Datenbank ist in vier Hauptabschnitte unterteilt. Die Phase der Evaluierung des Workflows, die Phase der Anforderungsanalyse, die Phase der Datenmodellierung und die Phase der Datenbankimplementierung. Diese Hauptabschnitte stellen so auch die Schwerpunktkapitel dieser Arbeit dar.
Oft wird nur exemplarisch ein ausgewähltes Beispiel aus der praktischen Arbeit in meinen Ausführungen dargelegt, da die Erläuterung sämtlicher modellierter Datenstrukturen und die […]
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer Diplomarbeit bei der Fa. Silantes GmbH in München. Sie entstand aus der Absicht heraus einerseits eine für das Unternehmen maßgeschneiderte Software zu entwickeln und andererseits meine, während des Studiums erworbenen Kenntnisse praktisch anzuwenden. Die Firma Silantes beschäftigt sich mit der Herstellung stabiler isotopenmarkierter Biomoleküle. Ausgehend von den Rohstoffen, über mehrere Zwischenproduktstufen, hin zu den Endprodukten durchlaufen die verarbeiteten, organischen Verbindungen eine Prozesskette aus Produktions-, Trennungs- und Aufreinigungsschritten. Entlang dieser Prozesskette fallen für jeden Teilprozess spezifische und charakteristische Prozessdaten an.
Ziel dieser Arbeit war es eine Datenbankanwendung zu entwickeln. Diese Datenbank übernimmt zunächst die Aufgabe der Dokumentation und der Verwaltung wichtiger Prozessdaten innerhalb dieser Wertschöpfungskette und im Weiteren die Darstellung und die Auswertung dieser Parameter. Eine etablierte Prozessdokumentation stellt die Voraussetzung für die Zertifizierung nach einer Qualitätsmanagementsystem Norm dar. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag in der detaillierten Aufnahme von Prozessabschnitten und einer transparenten Dokumentation des Gesamtprozesses. Dies garantiert in der Folge eine reproduzierbare und präzis rückverfolgbare Chargenherstellung.
Das vorliegende Dokument selbst stellt, neben einigen theoretischen Betrachtungen zur Datenmodellierung und Datenbankimplementierung, im Schwerpunkt eine praxisbegleitende Schrift dar. Die theoretischen Betrachtungen zur Datenmodellierung werden anhand ausgewählter, exemplarischer Fallbeispiele aus der praktischen Arbeit erläutert und stellen den Versuch dar, dem Leser durch Praxisnähe schrittweise, die unter wissenschaftlich korrektem Vorgehen durchgeführte Modellierung, näher zu bringen, ohne in eine akademische Grundsatzdiskussion über Datenbanken abzudriften.
Gang der Untersuchung:
Die Entwicklung der Datenbank ist in vier Hauptabschnitte unterteilt. Die Phase der Evaluierung des Workflows, die Phase der Anforderungsanalyse, die Phase der Datenmodellierung und die Phase der Datenbankimplementierung. Diese Hauptabschnitte stellen so auch die Schwerpunktkapitel dieser Arbeit dar.
Oft wird nur exemplarisch ein ausgewähltes Beispiel aus der praktischen Arbeit in meinen Ausführungen dargelegt, da die Erläuterung sämtlicher modellierter Datenstrukturen und die […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Matthias Pfister
Modellierung und Implementierung einer relationalen Datenbank zur Verwaltung von
biotechnologischen Prozessdaten als Grundstein für die Einführung eines
Qualitätsmanagementsystems
ISBN: 978-3-8366-0387-4
Druck Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2007
Zugl. Fachhochschule Weihenstephan, Freising-Weihenstephan, Deutschland,
Diplomarbeit, 2004
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© Diplomica Verlag GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2007
Printed in Germany
Stand: 20.06.2007
Autorenprofil
Matthias Pfister
Dipl.-Ing. (FH)
Dorfstr. 21
97440 Werneck
Tel.: 09722/1242
Mobil: 0170/9526070
E-mail: mpfister@gmx.de
Berufsausbildung:
1996-1999 Ausbildung zum Chemielaboranten bei der Fa. SKF GmbH in Schwein-
furt
Studium:
1999-2004 Studium der Biotechnologie mit Schwerpunkt Bioinformatik an der FH
Weihenstephan in Freising
2004
Zusatzausbildung: QM-Fachkraft
2003-2004 Diplomarbeit ,,Modellierung und Implementierung einer relationalen Da-
tenbank als Grundstein für die Einführung eines Qualitätsmanagement-
systems" bei der Fa. Silantes GmbH in München
Berufserfahrung:
III.Q/1999
SKF GmbH in Schweinfurt: Betreuer des Chemielabors im Bereich
Schmierstoffe
Seit 2004
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH in Schweinfurt: Projektlei-
ter im Qualitätsmanagement
2005 Zusatzausbildung:
Six Sigma Black Belt
Danksagung
Mein besonderer Dank gilt dem Geschäftsführer der Fa. Silantes Herrn Dr. Hermann
Heumann für das mir entgegengebrachte Vertrauen, die Diplomarbeit selbständig
und eigenverantwortlich zu planen und durchzuführen. Zu Beginn meiner Tätigkeit
räumte er mir die Möglichkeit ein für ein Viertel Jahr das Unternehmen durch aktive
Mitarbeit persönlich, kennen zu lernen um selbst Themenvorschläge zu sammeln,
die einerseits Verbesserungen für den betrieblichen Ablauf beinhalten und
andererseits meinen Interessen im Bereich der Biotechnologie entgegenkommen.
Für die unkomplizierte und praxisnahe Betreuung seitens der Fachhochschule sowie
für die Beurteilung der Diplomarbeit möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Frank Leßke
bedanken.
Des weiteren bedanke ich mich bei Frau Dipl.-Ing. (FH) Claudia Maier, die mich mit
Rat und Tat während der Modellierungs- und der SW-Evaluierungsphase
unterstützte.
Nicht zuletzt Danke sagen möchte ich allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Fa.
Silantes GmbH. Das freundliche Klima und ihre aktive Mitarbeit während meiner
Projektdurchführung in der Firma machten mir die Arbeit stets angenehm.
Doch vor allem möchte ich mich bei meiner Familie bedanken, die mir während des
Studiums unterstützend zur Seite stand und es damit erst ermöglichte.
Vorwort
Überblick
1
Einführung in das Thema... 1
1.1
Kurzporträt des Auftraggebers ... 1
1.1.1 Allgemeines zum Unternehmen... 1
1.1.1.1 Technologie ... 1
1.1.1.2 Produkte und Dienstleistungen ... 2
1.1.2 Unternehmensstruktur der Firma Silantes ... 2
1.2
Anlass und Ziel des Projekts ,,Datenbankentwicklung" ... 3
1.2.1 Ausgangssituation ... 3
1.2.2 Ziel... 4
1.2.3 Lösung... 5
1.2.4 Die Vorteile der Produktionsdatenbank (ProdDB)... 6
1.2.4.1 Die allgemeinen Vorteile einer Datenbank... 6
1.2.4.2 Die speziellen Vorteile der ProdDB... 7
1.3
Der Ablauf der Datenbankentwicklung... 7
2
Evaluierung des Workflows ... 9
2.1
Methoden der Evaluierung ... 9
2.2
Evaluierung der Produktionsprozesse... 10
2.2.1 Qualitätskontrolle der Rohstoffe... 10
2.2.2 Fermentation von Biomasse ... 11
2.2.3 Aufschluss von Zellen... 12
2.2.4 Herstellung von Wachstumsmedien ... 12
2.2.5 Gewinnung von DNA/RNA und Proteinen ... 13
2.2.6 Herstellung von Nucleosidphosphaten ... 13
2.3
Gesamtübersicht des Produktionsprozessablaufs ... 14
3
Anforderungsanalyse ... 16
3.1
Methoden und Ziele der Anforderungsanalyse ... 16
3.2
Funktionale Anforderungen an die Datenbank Labor... 16
3.2.1 Qualitätskontrolle der Rohstoffe... 16
3.2.2 Fermentation von Biomasse ... 17
3.2.3 Aufschluss von Zellen... 18
3.2.4 Herstellung von Wachstumsmedien ... 18
3.2.5 Gewinnung von DNA/RNA und Proteinen ... 18
3.2.6 Herstellung von Nucleosidphosphaten ... 19
3.3
Funktionale Anforderungen an die Datenbank Verwaltung... 19
3.3.1 Ein- und Verkauf ... 20
3.3.2 Geschäftsführer ... 20
3.3.3 Buchführung ... 20
3.4
Gesamtübersicht der funktionalen Anforderungen ... 21
3.5
Die Generalarchitektur der ProdDB ... 21
4
Datenmodellierung ... 24
4.1
Wahl der Modellierungshilfsmittel und des Datenmodells... 25
4.1.1 Wahl der Modellierungsmethode ... 25
4.1.2 Wahl des Datenmodells... 26
4.1.3 Wahl des Modellierungswerkzeugs ... 27
4.2
Das Entity-Relationship-Modell (ERM) ... 28
4.2.1 Entities und Entity Typen ... 29
4.2.2 Schlüsselattribute ... 30
4.2.3 Relationship-Typen... 30
4.3
Das relationale Datenmodell (RDM)... 31
4.3.1 Die Fremdschlüsselbeziehung... 31
4.3.2 Die Zuordnungstabelle... 32
4.4
Normalisierungsprozesse ... 33
4.4.1 Die erste Normalform (1NF)... 34
4.4.2 Die zweite Normalform (2NF) ... 35
4.4.3 Die dritte Normalform (3NF)... 36
4.5
Die Datenstrukturen der entwickelten Projektdatenmodelle... 37
4.5.1 Das Modul Auftragsabwicklung... 37
4.5.1.1 Das Teilmodul Artikelstammdaten... 37
4.5.2 Das Modul Bestandsverwaltung... 39
4.5.3 Das Modul Prozessverwaltung ... 41
4.5.4 Das Modul Prozessdaten... 43
4.5.4.1 Das Teilmodul Rohstoffe... 43
4.5.4.2 Das Teilmodul Biomasse... 45
4.5.4.3 Das Teilmodul Medien ... 49
4.5.4.4 Das Teilmodul Nucleosidphosphate ... 51
4.5.4.5 Das Teilmodul DNA/RNA/Proteine... 54
4.6
Generalarchitektur der ProdDB nach der Datenmodellierung ... 54
4.6.1 Änderungen im Modul Prozessdaten... 54
4.6.2 Schematische Übersicht der Änderungen ... 55
5
Datenbankprogrammierung... 56
5.1
Auswahl der Entwicklungswerkzeuge... 56
5.1.1 Wahl des Relationalen Datenbankmanagementsystem ... 56
5.1.2 Wahl der Programmiersprache ... 59
5.2
Das Datenbankprogramm Access von Microsoft... 60
5.2.1 Das ANSI-SPARC Modell... 60
5.2.2 Der Aufbau von MS Access... 62
5.2.3 Die grundlegenden Objekte von MS Access 2000... 64
5.2.4 SQL Die standardisierte Datenbanksprache... 65
5.3
Die entwickelten Datenbankobjekte der ProdDB... 69
5.3.1 Allgemeine Hinweise ... 69
5.3.1.1 Namenskonvention ... 69
5.3.1.2 Benennung von Formularen... 69
5.3.1.3 Die Benutzeroberfläche der DB-Module ... 69
5.3.1.4 Die Benutzerhilfe bei der Dateneingabe ... 72
5.3.1.5 Der Einsatz von Unterformularen... 73
5.3.1.6 Das Erstellen von PDF-Dateien ... 74
5.3.2 Das Datenbankmodul ArtikelstammdatenV1.0.mdb... 74
5.3.3 Das Datenbankmodul BestandsverwaltungV1.0.mdb ... 76
5.3.4 Das Datenbankmodul ProzessverwaltungV1.0.mdb... 77
5.3.5 Das Datenbankmodul RohstoffeV1.0.mdb... 81
5.3.6 Das Datenbankmodul BiomasseV1.0.mdb... 85
5.3.7 Das Datenbankmodul MedienV1.0.mdb ... 89
5.3.8 Das Datenbankmodul NucleosidphosphateV1.0.mdb ... 95
5.3.9 SQL-Syntax und VBA-Code der ProdDB ... 100
5.4
Das Ergebnis der DB-Programmierung... 102
6
Zusammenfassung und Ergebnisse ... 103
7
Diskussion und Ausblick ... 105
Abkürzungsverzeichnis ... 108
Literaturverzeichnis ... 110
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer Diplomarbeit bei der Fa. Silantes
GmbH in München. Sie entstand aus der Absicht heraus einerseits eine für das
Unternehmen maßgeschneiderte Software zu entwickeln und andererseits meine,
während des Studiums erworbenen Kenntnisse praktisch anzuwenden.
Die Firma Silantes beschäftigt sich mit der Herstellung stabiler isotopenmarkierter
Biomoleküle. Ausgehend von den Rohstoffen, über mehrere Zwischenproduktstufen,
hin zu den Endprodukten durchlaufen die verarbeiteten, organischen Verbindungen
eine Prozesskette aus Produktions-, Trennungs- und Aufreinigungsschritten. Entlang
dieser Prozesskette fallen für jeden Teilprozess spezifische und charakteristische
Prozessdaten an.
Ziel dieser Arbeit war es eine Datenbankanwendung zu entwickeln. Diese Datenbank
übernimmt zunächst die Aufgabe der Dokumentation und der Verwaltung wichtiger
Prozessdaten innerhalb dieser Wertschöpfungskette und im Weiteren die Darstellung
und die Auswertung dieser Parameter. Eine etablierte Prozessdokumentation stellt
die Voraussetzung für die Zertifizierung nach einer Qualitätsmanagementsystem
Norm dar. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag in der detaillierten Aufnahme von
Prozessabschnitten und einer transparenten Dokumentation des Gesamtprozesses.
Dies garantiert in der Folge eine reproduzierbare und präzis rückverfolgbare
Chargenherstellung.
Das vorliegende Dokument selbst stellt, neben einigen theoretischen Betrachtungen
zur Datenmodellierung und Datenbankimplementierung, im Schwerpunkt eine
praxisbegleitende Schrift dar. Die theoretischen Betrachtungen zur
Datenmodellierung werden anhand ausgewählter, exemplarischer Fallbeispiele aus
der praktischen Arbeit erläutert und stellen den Versuch dar, dem Leser durch
Praxisnähe schrittweise, die unter wissenschaftlich korrektem Vorgehen
durchgeführte Modellierung, näher zu bringen, ohne in eine akademische
Grundsatzdiskussion über Datenbanken abzudriften.
Überblick
Die Entwicklung der Datenbank ist in vier Hauptabschnitte unterteilt. Die Phase der
Evaluierung des Workflows, die Phase der Anforderungsanalyse, die Phase der
Datenmodellierung und die Phase der Datenbankimplementierung. Diese
Hauptabschnitte stellen so auch die Schwerpunktkapitel dieser Arbeit dar.
Oft wird nur exemplarisch ein ausgewähltes Beispiel aus der praktischen Arbeit in
meinen Ausführungen dargelegt, da die Erläuterung sämtlicher modellierter
Datenstrukturen und die vollständige Darstellung und Erklärung aller
Datenbankobjekte den Rahmen dieser Arbeit bei weitem sprengen würde. Die
folgenden Absätze sind dem Leser als Kapitelüberblick und Orientierungshilfe
gedacht.
Kapitel 1 dient der Einführung in das Thema. Von einer Charakterisierung des
Auftraggebers ausgehend, wird auf den Anlass und die Gründe eingegangen, die zu
diesem Diplomarbeitsprojekt führten. Abschließend gibt eine schematische
Darstellung einen Überblick über alle, der praktischen Datenbankentwicklungsarbeit
zugrundeliegenden, Entwicklungsschritte mit daraus resultierenden Teilergebnissen.
Im 2. Kapitel werden die Ergebnisse der Evaluierung des Workflows dargestellt.
Diese basieren auf aktiver persönlicher Mitarbeit und Mitarbeitergesprächen und
führten zu einem, der Realität entsprechenden, Modell der Prozessabläufe.
Das 3. Kapitel hat die Anforderungsanalyse zum Thema. Es wird erläutert, welche
Anforderungen und Funktionalitäten vom Anwender an die Datenbank gestellt
werden.
Kapitel 4 widmet sich der Datenmodellierung. Das Datenmodell stellt das Fundament
und gleichzeitig die Basis jeder Datenbankanwendung dar. Nach der Erläuterung des
Modellierungsvorgangs wird aufbauend auf den funktionalen Anforderungen der
Fermentationsabteilung schrittweise und exemplarisch das Procedere des
Modellierens von Daten aufgezeigt.
Dem 5. Kapitel liegt die Datenbankimplementierung zugrunde. Hier wird aufgezeigt
mit welchen Entwicklungswerkzeugen gearbeitet wurde und wie es zur Auswahl
gerade dieser Werkzeuge kam. Darüber hinaus wird erklärt, was Datenbankobjekte
sind und wie sie im Rahmen dieser Arbeit zur Implementierung der Datenbank
sinnvoll eingesetzt wurden. Dieses Kapitel verfolgt zwei Absichten. Einerseits soll es
dem Anwender der Datenbank als Hilfsmittel für die Benutzung der entwickelten
Datenbank-Module dienen und zum Anderen dem Datenbank-Entwickler einen
Einstieg in die Weiterentwicklung dieses Projekts bieten.
Kapitel 6 beinhaltet die Zusammenfassung der Ergebnisse. Die Vorteile der
entwickelten Datenbank werden dargestellt. Des weiteren erfolgt eine Beurteilung,
inwieweit die geforderten Funktionalitäten in der Datenbank umgesetzt wurden.
Im Kapitel 7 werden die gewonnenen Ergebnisse diskutiert. Der Ausblick auf
zukünftig mögliche Erweiterungs- und Verbesserungsmaßnahmen an der
entwickelten Datenbank schließt dieses Dokument.
Einführung in das Thema
1
1 Einführung in das Thema
1.1 Kurzporträt des Auftraggebers
1.1.1 Allgemeines zum Unternehmen
Die Silantes GmbH ist ein in München ansässiges, mittelständisches
Biotechnologieunternehmen, das 1998 von Dr. Hermann Heumann, Biophysiker am
Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried, gegründet wurde. Er entwickelte
eine neue Methode für die Produktion von stabilen isotopenmarkierten Biomolekülen
auf der Basis von chemolithoautotrophen Bakterien. [5]
Der weltweite Absatzmarkt der Firma Silantes hat seine Schwerpunkte in Europa und
Nordamerika. Zum festen Kundenstamm gehören rund 200 Abnehmer, hauptsächlich
aus dem Universitäts- und Forschungsinstitutsbereich. Die vertriebenen
isotopenmarkierten Produkte finden Einsatz als Hilfsmittel bei der Strukturaufklärung
von Biomolekülen mittels spektroskopischer Methoden wie der
Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), der Infrarotspektroskopie (IR) und der
Massenspektroskopie (MS).
Die Firma Silantes ist weltweit einer von zwei Hauptanbietern stabiler
isotopenmarkierter Biomoleküle und ist überhaupt das einzige Unternehmen, das die
nachgefragten Biomoleküle nach dem patentierten Verfahren der SI-Markierung auf
der Basis chemolithoautotropher Bakterien herstellt.
1.1.1.1 Technologie
Die Grundlage dieser neuartigen Technologie der in-vivo Markierung von
Biomolekülen mit den stabilen Isotopen
13
C,
2
H und
15
N ist, dass das
chemolithoautotrophe Bakterium Ralstonia eutropha in der Lage ist anorganischen
Kohlenstoff ähnlich wie grüne Pflanzen zu metabolisieren. Die Züchtung der
Bakterien erfolgt autotroph in einer Gasatmosphäre von H
2
, O
2
und CO
2
. Der Einsatz
von markierten Rohstoffen ist von der Zielmarkierung abhängig. So verwendet man
13
CO
2
bei der Herstellung von C-markierter Biomasse,
2
H
2
bei der Produktion von H-
markierten Bakterien und in Wasser gelöstes
15
NH
4
Cl für die Gewinnung N-
Einführung in das Thema
2
markierter Zellen. Im Falle der Erzeugung einer
2
H-Zielmarkierung erfolgt die
Anzucht von R. eutropha in einem mit D
2
O angesetzten Medium.
Die Vorteile dieser Methode gegenüber den konventionellen Technologien der SI-
Markierung durch beispielsweise Anzucht von Algen oder Verfütterung von
markierten C-Quellen, z.B. Glucose an E. coli, sind zahlreich: So vereint R. eutropha
die Fähigkeit der Algen zur Fixierung des kostengünstigeren Rohstoffs CO
2
mit der
charakteristischen Eigenschaft höherer Wachstumsraten von Bakterien. Weitere
Vorteile der Verwendung von R. eutropha sind u.a., dass das Bakterium im
Gegensatz zu Algen keine Lichtquelle zur CO
2
-Fixierung benötigt, eine sehr gute
Homogenität der markierten Komponenten erreicht und in der Lage ist heterologe
Proteine zu produzieren.
Die nach dieser Technologie gewonnenen Bakterienzellen übernehmen die Aufgabe
einer Zellfabrik, die sich für die Herstellung stabiler, isotopenmarkierter Biomoleküle
verantwortlich zeigt. [5], [6], [7]
1.1.1.2 Produkte und Dienstleistungen
Die Silantes GmbH bietet eine breite Vielfalt von Biomolekülen in jeder möglichen
Kombination der stabilen Einzelisotope
2
H,
13
C und
15
N an. Dazu zählen
hauptsächlich ribo-Nucleosidtriphosphate (rNTPs), desoxy-Nucleosidtriphosphate
(dNTPs), nährstoffreiche Wachstumsmedien für E. coli, nährstoffreiche
Wachstumsmedien für Hefen, Aminosäuren-Gemische und Bio-NMR Standards. Des
Weiteren werden kundenspezifische und individuelle Dienstleistungen angeboten.
Dies sind unter anderem Oligonucleotid-Synthesen, In-vitro Proteinsynthesen, die
Expression von stabilen isotopenmarkierten Proteinen und Peptiden und außerdem
E. coli Auftragsfermentationen. [5]
1.1.2 Unternehmensstruktur der Firma Silantes
In Abb.1-1 ist die Unternehmensstruktur der Silantes GmbH dargestellt.
Einführung in das Thema
3
Ausgehend vom zentralen Basisprozess innerhalb der Produktion, der
Biomassegewinnung im Rahmen der Fermentation, sind weitere
Haupttätigkeitsbereiche mit Aufgabenschwerpunkten beschrieben.
Anmerkung: Beim Erstellen dieses Organigramms wurde der
Schwerpunkt auf die Tätigkeiten innerhalb der Produktion gelegt.
Eventuell fehlende Aufgaben des Büros, welche für die vorliegende
Arbeit irrelevant sind bleiben in dem Modell unberücksichtigt.
Geschäftsführer
Produktion
Büro
Upstream-
Prozesse
Biomasse-
Herstellung
Downstream-
Prozesse
Fermentation von
isotopenmarkierter
Biomasse
Rohstoffeinkauf
Hydrolytischer oder
Mechanischer
Zellaufschluss
DNA, RNA und
Protein Gewinnung
Aufreinigung von
NMPs und NTPs
Produktverkauf
Medienherstellung
Oligonucleotid-
synthese
Aminosäuren-
gewinnung
Qualitätskontrolle der
Rohstoffe
Prozesse
Unternehmens-
bereiche
Symbole:
Abb.1-1: Unternehmensstruktur der Silantes GmbH mit Tätigkeitsbeschreibungen
1.2 Anlass und Ziel des Projekts ,,Datenbankentwicklung"
1.2.1 Ausgangssituation
Bisher erfolgte die Bestandsverwaltung der Rohstoffe, Zwischen- und Endprodukte in
mehreren MS-Excel-Dateien, die ihrerseits wiederum aus einer Vielzahl loser
Tabellen bestanden. Die unterschiedliche Struktur im Aufbau und das spezifische
Tabellendesign lässt keine übersichtliche und transparente Dateneingabe zu und
steigert in der Folge die Gefahr des Auftretens von Eingabefehlern.
Einführung in das Thema
4
Die Verwaltung der zahlreichen Teilprozesse bei der Herstellung von NMP
Zwischen- und Endprodukten zog wegen der fehlenden Verknüpfung zwischen den
einzelnen Tabellen einen enormen Aktualisierungsaufwand in mehreren,
voneinander abhängigen MS-Excel-Dateien nach sich. Die erhaltenen Werte der
Massen- und Konzentrationsausbeuten für den vorausgehenden Teilschritt wurden
üblicherweise durch die Messwerte des zuletzt durchgeführten Teilschrittes ersetzt
und die Gesamtbestände des entsprechend markierten NMP von Hand aktualisiert.
Im Rahmen dieser Vorgehensweise ist eine Verfolgung der Ausbeuteentwicklung
entlang der Teilprozesskette nicht gegeben. Die vielen Prozessteilabschnitte, die vier
verschiedenen Basen der Nucleosidphosphate, die unterschiedlichen Markierungen
und die Unterscheidung ob es sich um ein Zwischen- oder ein Endprodukt handelt,
führten zu einer hohen Komplexität der Datenstrukturen, die bisher in den Excel
Dateien abgebildet wurde. Aus der hohen Kombinationsvielfalt und der Vielzahl
voneinander abhängiger Listen resultierte ein enormer Aktualisierungsaufwand, der
im Allgemeinen pro Woche mehrere Arbeitsstunden in Anspruch nahm.
Durch die lose, redundante und über mehrere Dateien und Listen verteilte
Bestandsverwaltung bestand die Gefahr des Auftretens von Dateninkonsistenzen.
Die Aufzeichnungen der Prozessdaten innerhalb der Produktionsbereiche erfolgte
ungeregelt, teils handschriftlich in Laborbüchern, teils elektronisch.
1.2.2 Ziel
Die Zielsetzung innerhalb der Datenverwaltung der Silantes GmbH liegt darin der
losen Verwaltung von Prozessdaten entgegenzuwirken. Die bisherige
Datenverwaltung erfolgt unabhängig und uneinheitlich, ist in der Folge nur unter
hohem Zeitaufwand aktualisierbar und berücksichtigt keine historienverwaltete
Datendarstellung.
Für die Planung von Fertigungsprozessen und für die alljährlich stattfindende
Inventur, sowie für den Ein- und Verkauf besteht die Notwendigkeit über den jeweils
aktuellen Mengenbestand an Rohstoffen, Zwischenprodukten, Endprodukten und
konfektionierten Verkaufsartikeln zu verfügen. Des Weiteren ist für die Produktion
eine Historienverwaltung unabdingbar. Unter Historienverwaltung ist in diesem
Einführung in das Thema
5
Zusammenhang die Funktionalität einer rückverfolgbaren, transparenten und daraus
resultierend einer zuverlässigen Bestands- und Prozessverwaltung zu verstehen.
Die Verwirklichung des angestrebten Unternehmenszieles jeden Mitarbeiter
universell an verschiedenen Arbeitsplätzen einsetzen zu können erfordert als
Grundlage eine einheitliche Festlegung der Ablage von Mess- und Prüfprotokollen,
sowie Arbeitsanweisungen.
1.2.3 Lösung
Am Anfang aller Überlegungen bezüglich der Neuorganisation der Datenlandschaft
innerhalb der Auftragsabwicklung und Produktion der Silantes GmbH stand der
Wunsch des Geschäftsführers eine aktuelle Sicht und eine Prognosesicht auf
bestimmte Produktionsprozessdaten zu bekommen.
Im Verkauf wird bereits eine Software zur Auftragsabwicklung verwendet, die auch
die Funktionalität einer Lagerverwaltung besitzt. Der Versuch einer Anpassung
dieses Datenbankmanagementsystems an die individuellen Bedürfnisse der Firma
Silantes scheiterte, da diese Software eine universelle Lösung für den Kfz-Bereich
darstellt. Sie kennt weder chemische, noch physikalische Einheiten, noch verfügt sie
über Tools (Werkzeuge) zur grafischen Darstellung und Berechnung von
Prozessdaten und ist deshalb für den Einsatz der Verwaltung solcher Daten in der
jetzigen Form ungeeignet. Der Quellcode dieser Anwendung, die auf dem Paradox-
Tabellenformat beruht, war nicht verfügbar, d.h. ein Anpassen an die Bedürfnisse der
Silantes GmbH war nicht möglich.
Dieser Umstand führte zum Versuch eine Kombinationslösung umzusetzen, die alle
Funktionalitäten der im Verkauf eingesetzten Warenwirtschaftssoftware, wie
beispielsweise die Bestandsverwaltung, voll ausschöpft und damit den
Implementieraufwand der neu zu schreibenden Produktionsdatenbank gering hält.
Der Versuch scheiterte jedoch am Synchronisationsproblem der Bestände zwischen
beiden Datenbankanwendungen und führte dann letztendlich zur Lösung der
Implementierung einer vollständigen, von der eingesetzten Warenwirtschaftssoftware
unabhängigen, relationalen Produktionsdatenbank (ProdDB).
Einführung in das Thema
6
1.2.4 Die Vorteile der Produktionsdatenbank (ProdDB)
1.2.4.1 Die allgemeinen Vorteile einer Datenbank
In einer relationalen Datenbank werden Daten zentral gehalten und verwaltet.
Entscheidender Vorteil einer Datenbank gegenüber der losen Datenverwaltung ist
das Nichtvorhandensein von Datenredundanz und -inkonsistenz, das durch ein
Datenbankmanagementsystem (DBMS) kontrolliert wird.
Durch die Datenbank kann sowohl die Integrität der Daten, als auch der
Zugriffsschutz zentral für alle, auf die Daten zugreifenden Anwendungen
implementiert werden und muss so im Gegensatz zur klassischen Datenspeicherung
nicht lokal für jede Anwendung festgelegt werden. Dies führt zu allgemein gültigen,
von Anwendungstools unabhängigen Integritätsregeln.
Der entscheidende Vorteil der Datenbank liegt in der logischen und physikalischen
Datenunabhängigkeit. Das heißt, dass die Daten nun von einer zentralen Stelle aus
verwaltet werden. Das DBMS kontrolliert und steuert die Datenzugriffe und die
Datenspeicherung und stellt ein Interface für die verschiedenen Anwendungen zur
Verfügung. Daraus resultieren Vorteile, wie Effizienz, Datenschutz und
Datensicherung.
Aus der Festlegung einer definierten Dateneingabemaske in den jeweiligen
Abteilungen entsteht eine einheitliche, vollständige und konsistente
Dokumentationsbasis für die biotechnologischen Prozessdaten aus den Produktions-
und Aufreinigungsprozessen.
Die Verwendung der in der Datenbank abgelegten Prozessdaten für eine spätere
Prozessoptimierung ist denkbar. So können bei Bedarf Statistikprogramme
eingesetzt werden, die gezielt auf die strukturiert abgelegten Daten zugreifen und
diese auswerten.
Einführung in das Thema
7
1.2.4.2 Die speziellen Vorteile der ProdDB
Die relationale ProdDB weist im Vergleich zur bisherigen Datenverwaltung die in
Tab.1-1 dargestellten Merkmale und Vorteile auf.
Tab.1-1: Vorher-Nachher-Vergleich und Vorteile der Produktionsdatenbank
Früher:
Datenverwaltung in losen
Tabellen und Laborbüchern
Jetzt:
ProdDB
Vorteil der RDB
Datenredundanz durch
mehrfaches Vorkommen von
Daten in unterschiedlichen
Listen.
Kontrollierte Datenredundanz;
Datenredundanz nur dort, wo
Performancevorteile entstehen.
Geringe Wahr-
scheinlichkeit des
Auftretens von
Dateninkonsistenzen.
Historienverwaltung bei
Lagerbewegungen nicht
vorhanden.
Historienverwaltete
Bestandsführung (mit Zu- und
Abgängen)
Der Anwender hat einen
transparenten Blick auf
den Bestand.
Einzelne Produktions-Charge ist
nicht bis auf die Rohstoffe
rückverfolgbar
Produktcharge ist im Rahmen
der Prozessverwaltung
rückverfolgbar.
Erhebliche Zeitersparnis
bei
Kundenreklamationen
Dokumentation der
Prozessdaten nicht festgelegt.
Durch Eingabemasken wird
einheitliche Dokumentation der
Prozessdaten erreicht.
·Grundstein für die
Einführung eines QM-
Systems.
·Schnellere Orientierung
von neuen Mitarbeitern
(,,job rotation")
Schnittstelle Büro Produktion
wurde durch telefonische
Rückfragen den Bestand
betreffend überbrückt.
Für das Büro angepasste Sicht
auf die Bestandsdaten.
Zeit- und Kosten-
ersparnis.
Gefahr des Auftretens von
Inkonsistenzen durch verteilte
und lose Dateneingabefelder.
Dateneingabefehler werden
vermieden durch Design und
Integritätsregeln.
Aktuelle und korrekte
Bestandsdaten.
Gleichzeitig schreibender Zugriff
mehrerer Anwender auf Daten
nicht möglich.
Ermöglicht
Mehrbenutzerbetrieb.
Mehr Flexibilität für den
einzelnen Anwender.
Datenschutz bei der Existenz
vieler einzelner Dateien schwer
realisierbar.
Zugriffsschutz durch
Festlegung von
Benutzerberechtigungen
realisierbar.
Verbesserte
Datenintegrität.
1.3 Der Ablauf der Datenbankentwicklung
Die Datenbankentwicklung der vorliegenden Arbeit erfolgte über mehrere Stationen.
Der chronologische Ablauf beginnt mit der Evaluierung des Workflows und führt über
mehrere Zwischenschritte zur implementierten Produktionsdatenbank. Jeder
Entwicklungsabschnitt hat als Ergebnis ein oder mehrere schematische Modelle, die
Einführung in das Thema
8
jeweils als Grundlage für die Realisierung nachfolgender Teilabschnitte verwendet
wurden (Abb.1-2).
- Definieren und Festlegen der Unternehmensprozesse
- Dokumentation der Prozessabläufe in der Produktion
durch Mitarbeitergespräche.
- Modellieren des Gesamtprozessablaufs
1. EVALUIERUNG DES WORKFLOWS
Abb.2-2: Schematische Übersicht
aller Arbeitsprozesse
"UDM als Entity-
Relationship-Diagramm"
Ergebnis
- Implementierung der Datenbank durch Umsetzung des
Datenmodells.
- Aufteilung der Datenbank in Backend und Frontend
- Test der Software auf Funktionalität und Korrektheit
4. DATENBANKPROGRAMMIERUNG
"UDM als Entity-
Relationship-Diagramm"
Ergebnis
- Design von Tabellenstrukturen und Tabellenrelationen
- Entwerfen der Projektdatenmodelle (PDMs)
- Überführen der PDMs ins Unternehmensdatenmodell
(UDM)
3. DATENMODELLIERUNG
- Definieren und Festlegen der Unternehmensprozesse
- Welche Anforderungen werden in der Zukunft an die
DB gestellt?
- Welche Informationen sollen aus den abgelegten Daten
gewonnen werden?
2. ANFORDERUNGSANALYSE
Ergebnis
Ergebnis
Ergebnis
Ergebnis
Abb.3-1: Funktionale
Anforderungen
Abb.3-2: Logische
Modulübersicht
Abb.4-11 bis Abb.4-17:
Die entwickelten
Projektdatenmodelle
Abb.1-2: Die Stationen der Datenbankentwicklung mit Teilergebnissen
Evaluierung des Workflows
9
2
Evaluierung des Workflows
2.1 Methoden der Evaluierung
Die Evaluierung des Workflows stellt den einleitenden und grundlegenden Schritt der
Datenbankentwicklung dar. Sie dient dazu sich einen Überblick über den Ablauf und
die Durchführung der Arbeitsprozesse beim Datenbank-Auftraggeber zu verschaffen.
Es gibt mehrere Methoden diese Evaluierung durchzuführen. Bei der Beauftragung
von Datenbankentwicklungsfirmen stellt die Bildung von Workshops, denen
Mitarbeiter der Entwicklungsfirma und Mitarbeiter des Auftraggebers beiwohnen, die
wohl gängigste und am weitesten verbreitete Evaluierungsmethode dar.
Für die Teilbereiche Biomasse und Rohstoffe der vorliegenden Arbeit wurde als
Mittel der Ist-Aufnahme des Workflows die Methode der ,,Mitarbeit beim Datenbank-
Anwender" gewählt. Gründe für diese Wahl sind die aus der Vielzahl der
Produktionsprozesse und Produkte resultierende Komplexität der zu modellierenden
Materie. Diese Art der Evaluierung war auch sinnvoll, da ich schon einen großen
Einblick in den Arbeitsablauf der Firma Silantes durch die vorangegangene
Praktikumsphase, die der Themenfindung gedient hat, gewonnen hatte. Ergänzend
dazu wurde, speziell bei der Nucleosidherstellung, die Methode der ,,Interview- bzw.
Fragetechnik" angewendet. Diese Vorgehensweise hat als Inhalt, Unklarheiten
bezüglich des Prozessablaufs durch die Befragung des Anwenders gezielt aus dem
Weg zu räumen. Zu Beginn der Evaluierung der Produktionsabteilungen war die
Lektüre von Arbeitsanweisungen als Informationsgrundlage dienlich. [17]
Im Folgenden ist das Ergebnis dieser, bei der Firma Silantes durchgeführten,
Evaluierungsphase des Workflows in groben Zügen dargestellt. Es werden nur die für
die Datenbank relevanten Informationen bezüglich des Prozessablaufs aufgezeigt.
Von der detaillierten Beschreibung aller Herstellungs- und Aufreinigungsprozesse
wird abgesehen, da es den Umfang des vorliegenden Dokuments sprengen würde.
Evaluierung des Workflows
10
2.2 Evaluierung der Produktionsprozesse
2.2.1 Qualitätskontrolle der Rohstoffe
Die Qualitätskontrolle der Rohstoffe stellt den chronologisch ersten Arbeitsprozess
innerhalb der Produktion der Fa. Silantes dar. Nach dem Eingang einer
Rohstoffcharge wird diese mittels verschiedener chemisch-physikalischer
Analysemethoden untersucht. Hierbei kann zwischen zwei grundsätzlichen Ansätzen
unterschieden werden. Zum einen dient die Qualitätskontrolle der Identifikation der
vorliegenden Substanz, zum anderen wird die Isotopenreinheit des entsprechenden
Rohstoffs untersucht.
Eine Rohstoff-Isotopenreinheit größer 98% ist erforderlich, um eine quantitative
Isotopenmarkierung der Endprodukte garantieren zu können. Die Reinheit in dieser
Höhe wird vom Kunden verlangt, da viele Anwendungen in der NMR-Spektroskopie
dieser Isotopenreinheit bedürfen. Die Firma Silantes verarbeitet je nach
Zielmarkierung der Biomasse die isotopenmarkierten Rohstoffe Kohlenstoffdioxid
(
13
CO
2
), Deuterium (D
2
), Schweres Wasser (D
2
O) und Ammoniumchlorid (
15
NH
4
Cl)
sowie Kombinationen aus den genannten Verbindungen.
· Die Prüfung auf Isotopenzusammensetzung bei
13
CO
2
erfolgt spektroskopisch
mit Hilfe eines Quadrupol-Massenspektrometers, indem der Peak des
12
C-
Fragments und der des
13
C-Fragments im erhaltenen Chromatogramm bestimmt
und ins Verhältnis zueinander gesetzt werden.
· Bei Deuterium erfolgt ebenfalls die Aufnahme eines MS-Chromatogramms. Die
Fragmentpeaks von
2
H und
1
H geben hierbei Aufschluss über die Isotopenreinheit
der gelieferten Deuteriumcharge.
· Beim Schweren Wasser, das bei Raumtemperatur verflüssigt vorliegt gestaltet
sich die Feststellung der Isotopenreinheit etwas anders, da für das
Massenspektrometer kein geeignetes Probeaufnahmesystem vorliegt. Das
spezifische Gewicht des Schweren Wassers stellt eine charakteristische
Stoffkonstante dar. Durch die Wägung einer definierten Volumenmenge kann auf
dieses spezifische Gewicht geschlossen werden. Ausgehend von der Annahme,
dass das D
2
O ausschließlich mit H
2
O verunreinigt ist, kann auf eine Probenreinheit
geschlossen werden, welche dann der Isotopenreinheit gleichgesetzt wird. Um
sicher zu gehen, dass H
2
O die einzige Verunreinigung ist und keine gelösten
Evaluierung des Workflows
11
Salze die Masse der Probe verfälschen, wird zu Beginn geprüft, ob die
Leitfähigkeit der Probe einen Grenzwert nicht überschreitet.
Eine sicherheitsrelevante Anforderung an das Schwere Wasser ist, dass die
Tritiumaktivität eine charakteristische Strahlendosis nicht überschreitet. Die
Tritiumaktivitätsprüfung wird extern am Max-Planck-Institut für Biochemie in
Martinsried durchgeführt.
· Die Identifikation von
15
NH
4
Cl als Ammoniumchlorid erfolgt mit Hilfe eines
Testkits, der in Anwesenheit von NH
4
+
-Ionen in Lösung einen charakteristischen
Farbumschlag zeigt. Die Isotopenzusammensetzung von
15
NH
4
Cl wird
massenspektrometrisch bestimmt, indem der Feststoff
15
NH
4
Cl zu Lachgas (N
2
O)
oxidiert wird. Das Peakverhältnis
14
N/
15
N im Chromatogramm lässt Rückschlüsse
auf die Reinheit der gelieferten Ammoniumchlorid-Charge zu.
2.2.2 Fermentation von Biomasse
Die Herstellung von Biomasse erfolgt bei der Firma Silantes üblicherweise im 16L-
Maßstab. Des weiteren steht ein 3L-Fermenter als Versuchsreaktor zur Verfügung.
Das Ziel der Fermentation ist die Anreicherung des chemolithoautotrophen
Bakteriums Ralstonia eutropha.
· Zu Beginn der Fermentation wird die Fermentationsanlage für die jeweilige
Zielmarkierung der Biomasse konfiguriert.
· Neben dem Fermenter und der Gasversorgung mit der Gasdosierungseinheit
(Mass-flow-Control, MFC) besteht die Fermentationsanlage aus Schlauchpumpen,
deren Aufgabe es ist die Wachstumsmedien, Lösung A, B und C, zu dosieren.
· Einmal pro Fermentationstag erfolgt die Aufnahme eines Wachstums- und
Verbrauchsprotokolls der laufenden Fermentation. In diesem Protokoll werden neben
der Optischen Dichte bei 600nm (OD
600
) und der Ammoniumkonzentration auch
Rohstoffverbrauchswerte dokumentiert.
· Der Betrieb der Anlage erfolgt diskontinuierlich und ist bei der Fermentation mit
teuren Spezialgasen, wie CDN-, CD- und C-markierter Biomasse, geregelt. Der
Regelkreis schließt das Massenspektrometer als Regelgröße-Aufnehmer und eine
Automatisierungssoftware mit ein. Die Stellgröße ist die Gaszudosierungsmenge,
welche über die Ansteuerung der Ventilöffnung über den MFC reguliert wird.
Evaluierung des Workflows
12
· Der ungeregelte Betrieb bei der Produktion von N-markierter und unmarkierter
Biomasse erfolgt durch die fixe Einstellung eines Gasverhältnises von H2:O2:CO2 =
7:2:1 an der Gasdosierungseinheit.
· Die Dauer der Fermentation ist davon abhängig, wie viel Biomasse in der jeweiligen
Markierung für Weiterverarbeitungszwecke benötigt wird und beträgt in der Regel 4-5
Wochen.
2.2.3 Aufschluss von Zellen
Der Zellaufschluss stellt den Arbeitsprozess nach der Fermentation der Biomasse
dar. Das Produkt dieses Schrittes wird als Hydrolysat bezeichnet. Das Hydrolysat
enthält alle Zellkompartimente in der aufgeschlossenen Form in Lösung. Es gibt zwei
Arten von Zellaufschlüssen. Der mechanische Zellaufschluss mit Hilfe einer French
Press wird durchgeführt, wenn aus dem Hydrolysat DNA, RNA und Proteine
gewonnen werden sollen. Der saure Zellaufschluss (Hydrolyse), der einen höheren
Zerteilungsgrad der Kompartimente liefert, wird angewandt, wenn aus dem
Hydrolysat Wachstumsmedien für E.coli oder Hefen hergestellt werden sollen. Nach
dem Auftauen der tiefgefrorenen Zellen, die batchweise zu 300g Einheiten im 80°C-
Schrank gelagert sind, wird bei der sauren Hydrolyse 5 molare Salzsäure und
entsalztes Wasser zu der Biomasse gegeben und die Zellsuspension im Autoklaven
sterilisiert. Dabei werden die Zellen durch die Säure hydrolysiert. Der
Autoklaviervorgang hat eine Volumenkontraktion der Aufschluss-Lösung zur Folge.
Nach der Zentrifugation, die der Abtrennung von festen Rückständen dient wird die
Lösung mit Natronlauge neutralisiert. Das so gewonnene Hydrolysat wird im
Kühlschrank gelagert.
2.2.4 Herstellung von Wachstumsmedien
Der Hauptanteil der bei Silantes hergestellten Wachstumsmedien dient der
nährstoffarmen Aufzucht von E. coli Bakterien bis zu der auf dem Produktetikett
ausgewiesenen und garantierten Optischen Dichte. Des weiteren werden auch
nährstoffreiche Wachstumsmedien für E. coli hergestellt. Der Unterschied zwischen
den beiden Wachstumsmedien ist lediglich, dass dieses nährstoffreiche ECO-
Medium mit Glucose angereichert ist. Um den Mikroorganismen ein effizientes
Evaluierung des Workflows
13
Wachstum zu ermöglichen, werden dem, aus der sauren Hydrolyse gewonnenen,
Hydrolysat Spurenelemente und MgSO
4
zugesetzt. Außerdem ist eine Verdünnung
des Hydrolysats erforderlich. Der Verdünnungsfaktor ist für jede
Zellaufschlusscharge einzeln zu bestimmen, da der Ertrag und die Qualität der
Zellen, von Fermentation zu Fermentation schwankt.
Die durchzuführenden Wachstumsversuche werden für jede vom Kunden
gewünschte OD durchgeführt. Der Ablauf sieht so aus, dass aus Erfahrungswerten
der Vergangenheit ein bestimmtes, sich bewährtes Hydrolysatvolumen mit
Spurenelementen und Magnesiumsulfat-Lösung versetzt wird, mit E.coli beimpft wird
und die ersten 6 Stunden stündlich , dann nochmals nach 24 Stunden die OD
600
gemessen wird. Wird die Ziel-OD erreicht, wird das bestellte Wachstumsmedium
nach der getesteten Zusammensetzung hergestellt. Wird die Ziel-OD unterschritten,
wird ein höherer Volumenanteil an Hydrolysat verwendet. Wird sie überschritten, wird
die Menge an Hydrolysat herabgesetzt. Dann wird der Wachstumsversuch
wiederholt. Dieser Vorgang läuft solange ab, bis die gewünschte OD erreicht wird.
2.2.5 Gewinnung von DNA/RNA und Proteinen
Die Gewinnung von DNA, RNA und Proteinen erfolgt aus dem Produkt des
mechanischen Zellaufschlusses. Dieser Arbeitsschritt wird dann durchgeführt, wenn
Nucleosidphosphate in der entsprechenden Markierung gefragt sind. Die Abtrennung
und Aufreinigung der Zielkomponenten findet am Max Planck Institut für Biochemie
statt.
Die Mengenbestimmung von DNA und RNA erfolgt nach einer Verdünnung der
Nukleinsäuren mittels UV-Spektroskopie nach dem Zusatz von Pufferkomponenten
zur Probe.
2.2.6 Herstellung von Nucleosidphosphaten
Ausgehend vom DNA/RNA-Gemisch aus dem vorhergehenden Prozessschritt
besteht die Herstellung von Nucleosidmonophosphaten (NMPs) aus mehreren
Teilschritten, deren Reihenfolge der Durchführung variieren kann (Abb.2-1). Der
Evaluierung des Workflows
14
Abschluss eines Prozessteilschrittes innerhalb der NMP-Herstellung wird in einem
Protokoll dokumentiert. Als wichtigste Protokollinhalte sind die Markierungsart, die
Basenart, die Salzart, die chemische Reinheit des Nucleotids, die Lot-Nr der Charge,
die molare Konzentration, die Gesamtmasse, die Reinmasse und die noch
durchzuführenden Arbeitsgänge zu nennen. Nucleosidmonophosphate sind die
Ausgangsstoffe zur Herstellung von Nucleosidtriphosphaten (NTPs). Der NTP-
Aufbereitungsprozess beinhaltet die aufeinanderfolgenden Teilprozesse der
Phosphorylierung, der Aufreinigung auf einer IEC-Säule und eine Präzipitierung.
Nach der Qualitätskontrolle auf der HPLC sollten die NTPs eine chemische Reinheit
aufweisen, die größer gleich 90% beträgt..
pH-Gradient
d/r GMP
+
Verunreinigungen
d/r AMP
d/r CMP
UMP/TMP
+
Verunreinigungen
Borat-Säule
rCMP + Borat
dAMP
dGMP
rAMP + Borat
dCMP
rGMP + Borat +
Verunreinigungen
TMP
UMP + Borat +
Verunreinigungen
IEC
Präzipitierung
Gemisch aus
DNA/RNA
Borat-Säule
Borat-Säule
Borat-Säule
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
Präzipitierung
dCMP
rAMP
TMP
rGMP
dGMP
dAMP
UMP
rCMP
IEC
Präzipitierung
IEC
Präzipitierung
IEC
Präzipitierung
Abb.2-1: Schematischer Ablauf der NMP-Gewinnung
2.3 Gesamtübersicht
des
Produktionsprozessablaufs
Das Ergebnis der Evaluierung des Workflows der Firma Silantes ausgehend von den
Rohstoffen über die verschiedenen Zwischenprodukte hin zu den verkaufsfertigen
Endprodukten ist in Abb.2-2 dargestellt.
Evaluierung des Workflows
15
Zellaufschluss
(French Press)
Werden
x-markierte
NTPs
benötigt?
Konzentrat-
herstellung
RNA, DNA,
Proteine
(Pellet)
Medien
r/dNMPs
AS-Gemisch
Konzentrat
D
2
O,
13
CO
2
,
D
2
,
15
NH
4
Cl
Biomasse
DNA/RNA
Proteine
Symbolerklärung:
Zwischen-
produkt
Rohstoff
End-
produkt
Zwischen- oder
Endprodukt
Ent-
scheidung
Prozess
nein
ja
d/r CMP
d/r AMP
d/r GMP
UMP/TMP
dCMP
rCMP
dAMP
rGMP
UMP
rAMP
dGMP
TMP
Aminosäuren
rATP
rGTP
UTP
rATP
dGTP
TTP
rATP
rATP
Debris
(Überstand)
1)
Fußnote 1)
Detailliertere Darstellung der
Teilprozesse ab diesem
Knoten in Abb.2-1
Hydrolyse
(Säure und Hitze)
Bestellung von
Rohstoffen
Fermentation von
Biomasse mit
Markierung x
Isolierung von
DNA/RNA
Nuclease P1
Abbau
Hydrolyse
Qualitätskontrolle
mittels HPLC
Trennung mittels
pH-Gradient
AS-Trennung
Zugabe von
Salzlösung
(ECO + Glucose)
Wachstums-
versuche
Medien-
herstellung
Abb.2-2: Schematische Übersicht aller Arbeitsprozesse der Firma Silantes
Anforderungsanalyse 16
3 Anforderungsanalyse
3.1 Methoden und Ziele der Anforderungsanalyse
Die Analyse der funktionalen Anforderungen an die ProdDB fand nach Abschluss
und während der Evaluierung des Workflows statt. Als eingesetzte Methoden sind,
wie bei der Evaluierung des Workflows auch, Mitarbeit beim Endanwender der
Datenbank und Mitarbeiterinterviews zu nennen.
Das Ziel der Anforderungsanalyse war zunächst die Funktionalität des
Datenbankmanagementsystems durch die Befragung der Mitarbeiter zu evaluieren
und im Anschluss eine Zuordnung der Anforderungen an zu implementierende
Funktionalitäten der ProdDB bzw. an die Funktionalitäten der bereits im Verkauf
etablierten Warenwirtschaftssoftware zu treffen, die vorhanden waren jedoch nicht
genutzt wurden. Die Anforderungsanalyse fand unternehmensweit statt und schloss
neben den Laborbereichen auch die kaufmännischen Abteilungen, wie Ein- und
Verkauf sowie Buchführung und Geschäftsführer mit ein.
Neben den evaluierten Anforderungen durch die Datenbankanwender flossen auch
eigene Ideen, nach Rücksprache mit den Abteilungsverantwortlichen, in den Inhalt
des Pflichtenheftes mit ein.
Eine von den Abteilungen unabhängige allgemeine Anforderung war die
Chargenrückverfolgbarkeit von den Produkten bis zu den Rohstoffen und die
Bestandsführung der Zwischen- und Endprodukte. Das Ergebnis der Anforderungs-
analyse ist in Abb.3-1 zusammengefasst dargestellt.
3.2 Funktionale Anforderungen an die Datenbank Labor
3.2.1 Qualitätskontrolle der Rohstoffe
Die Anforderungen an die Datenbank im Bereich Rohstoffe liegen zum einen in der
Chargenverwaltung, d.h. die Möglichkeit Rohstofflieferungen mit der externen Batch-
Nr, der Liefermenge, der Lieferantenbezeichnung und der nach der Durchführung der
Qualitätskontrolle festgestellten prozentualen Reinheit der Rohstoff-Charge
dokumentieren zu können. Zum anderen sollen die Prüfergebnisse der einzelnen
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2004
- ISBN (eBook)
- 9783956362521
- ISBN (Paperback)
- 9783836603874
- Dateigröße
- 6.6 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Fachhochschule Weihenstephan; Abteilung Freising – Biotechnologie
- Erscheinungsdatum
- 2007 (Juni)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- biotechnologie projektdatenmodell datenbankprogrammierung relationale datenbank qualitätsmanagement
