Wir kennen CO₂ heute vor allem als Treibhausgas, als Abfallprodukt unserer fossilen Industrie. Für mich ist es aber vor allem eine wunderbare Kohlenstoffquelle der Zukunft. Unsere Idee ist, dieses Treibhausgas als Rohstoff zu gewinnen und so einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf und eine kohlenstoffneutrale Bioökonomie zu ermöglichen.​ Die Natur macht das ja bereits: Pflanzen und Mikroorganismen fangen seit Milliarden Jahren CO₂ mit Licht ein in gewaltigen Mengen, und bauen daraus Baumwolle, Holz und all die Biomasse, aus der wir leben und wirtschaften. Aber Bäume und Feldfrüchte lassen sich nur bedingt in moderne Wertschöpfungsketten integrieren. Mit synthetischer Biologie können wir Organismen so programmieren, dass CO₂ direkt in Chemikalien, Kraftstoffe oder Materialbausteine fließt, die unsere Industrie wirklich braucht – ohne den Umweg über ganze Pflanzen und komplexe Aufarbeitungsprozesse.​

Die natürliche Photosynthese ist so etwas wie ein alter Dieselmotor: Er läuft, aber er tuckert, macht Fehlzündungen und ist auf ganz viele andere Aufgaben der Pflanze optimiert, nicht auf maximale CO₂ Aufnahme. Nur ein sehr kleiner Teil der eingestrahlten Sonnenenergie landet tatsächlich im gebundenen Kohlenstoff. Uns interessiert die Frage: Können wir diesen Motor tunen – oder sogar ganz neu bauen?​
In unserem Labor haben wir neue Stoffwechselzyklen entwickelt, die CO₂ effizienter fixieren sollen als der klassische Calvin-Zyklus. Der Unterschied ist grundlegend: Die Evolution arbeitet inkrementell – aus „Windows 3.1“ wird irgendwann „Windows 11“, aber das Betriebssystem bleibt im Prinzip dasselbe. Wir dagegen denken uns CO₂ Fixierungswege von Grund auf neu aus, entwerfen sie am Schreibtisch, bauen sie im Reagenzglas und setzen sie dann in Zellen oder zellfreie Systeme ein. So können wir auch Produkte anvisieren, die die Natur gar nicht vorsieht, etwa kleine Säuren, Lösungsmittel oder Polymerbausteine statt Zucker.​

In unserem Alltag im Labor ist KI vor allem ein Beschleuniger. Wenn wir neue Stoffwechselwege oder Enzyme bauen, funktionieren die ersten Versionen selten optimal. Traditionell würde man viele Varianten testen und mühsam optimieren – ein Prozess, für den die Natur Millionen Jahre Zeit hatte. KI hilft uns, aus den Daten der ersten Runden zu lernen und die nächsten, verbesserten Varianten gezielter zu entwerfen. Dadurch sinkt die Zahl der nötigen Experimente und die Entwicklungszeit verkürzt sich um etwa einen Faktor zehn.​

Worin KI heute noch schwach ist, ist der kreative Schritt dazwischen: das Erfinden grundlegend neuer Lösungen. Die synthetische Biologie ist ein junges Feld, es gibt noch nicht genug Daten, aus denen ein Modell eigenständig völlig neue Reaktionsnetze „erfinden“ könnte. Bei der Idee für neue Reaktionen oder neue CO₂ Fixierungszyklen bleibt der Mensch im Zentrum. Ich gehe aber davon aus, dass KI in fünf bis zehn Jahren, wenn wir mehr solche Netzwerke aufgebaut haben, darin besser sein wird, auch bei originellen Vorschlägen.​

Zunächst müssen wir uns als Gesellschaft ehrlich fragen, wie wir den Umbau in eine klimaneutrale, kohlenstoffzirkuläre Zukunft schaffen wollen. Es geht dabei nicht nur um einen „gesunden Planeten“, sondern auch um funktionierende Volkswirtschaften und stabile Demokratien: Energie- und Rohstoffkrisen machen Systeme fragil, das sehen wir bereits heute. Innovation ist hier kein Luxus, sondern eine Notwendigkeit – und Deutschland lebt von klugen Köpfen, starker Grundlagenforschung und guten Förderinstrumenten, etwa durch das Bundesforschungsministerium.

Natürlich gibt es Risiken, aber wir haben Jahrzehnte Erfahrung in der industriellen Biotechnologie. Diese Systeme sind in der Regel eingeschlossen, hochspezialisiert und können außerhalb der vorgesehenen Umgebung nicht überleben. Ähnliches gilt für Organismen, die CO₂ besser aufnehmen sollen: Sie sind auf bestimmte Energiequellen oder Nährstoffe angewiesen und würden in der Umwelt schnell „crashen“. Zudem arbeiten wir oft "in vitro", also außerhalb von Zellen, so dass es gar keine Lebewesen gibt. Das größere Risiko sehe ich darin, solche Technologien gar nicht erst ernsthaft zu erproben – dann verschenken wir Chancen für Klimaneutralität und verlieren im internationalen Wettbewerb gegenüber Ländern wie USA, China oder Südkorea, die hier sehr entschlossen investieren.​

Ich hatte früher nicht geplant, Forscher zu werden, ich bin da eher hineingerutscht. Mich hat immer fasziniert, wie die Natur es schafft, mit nur 0,04 Prozent CO₂ in der Luft riesige Mengen Kohlenstoff einzufangen und daraus hochkomplexe Strukturen zu bauen. Als Biologe zerlege ich diese Systeme und möchte sie verstehen, als Chemiker reizt es mich, daraus etwas Neues und Nützliches zu schaffen. In der synthetischen Biologie kommt beides zusammen: das Staunen über die Eleganz der Natur und die Möglichkeit, mit Kreativität und Ingenieurskunst neue Stoffwechselwege zu entwickeln.​

Für die junge Generation ist das ein extrem spannendes Feld: Es verbindet Mikrobiologie, Biochemie, Informatik, Robotik und Ingenieurwissenschaften. In meinen Vorträgen erlebe ich, wie sehr es Schülerinnen und Studenten motiviert, wenn sie sehen, dass sie der Zukunft nicht ausgeliefert sind, sondern mit Wissenschaft aktiv Gestaltungsspielräume eröffnen können. Im 20. Jahrhundert hat die Synthesechemie Deutschland geprägt, mit Unternehmen wie BASF und Bayer. Die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts ist für mich die synthetische Biologie – unterstützt durch Big Data und KI. Wer nur Wohlstand verwaltet und auf Nummer sicher spielt, wird nicht gewinnen. Wer mutig neue Wege erforscht, kann dazu beitragen, dass die Bioökonomie mehr ist als ein schönes Schlagwort.

Das Interview führte Tamara Worzewski