Projekte im Porträt

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) gehört zu den wichtigsten Werkzeugen der Biotechnologen. Mit einer neuen Technik lässt sich das molekulare Kopierverfahren massiv beschleunigen.

Bestandteile aus dem Saft der Kreuzblättrigen Wolfsmilch könnten künftig Biokraftstoff beigemengt werden. Weil die Pflanze auch auf kargen Böden wächst, wird eine Konkurrenz mit Nahrungspflanzen vermieden.

Neue Waschmittel-Enzyme entwickeln, die unliebsame Knötchen von synthetischen Textilfasern knabbern - das hat sich unter anderem die vom BMBF geförderte strategische Allianz "Funktionalisierung von Polymeren - FuPol" vorgenommen.

In Resten aus der Rapsölproduktion stecken jede Menge Eiweiße - stofflich bisher weitgehend ungenutzt. Die strategische Allianz "Technofunktionelle Proteine" will sie isolieren, veredeln und als Rohstoff für verschiedene Industriebranchen erschließen.

Der Antikörper-Cocktail ZMapp gilt als Hoffnungsträger im Kampf gegen Ebola. Die therapeutischen Proteine werden in Tabakpflanzen erzeugt. Entwickelt wurde die grüne Produktionstechnik von der Hallenser Icon Genetics GmbH, die auch vom Bundesforschungsministerium unterstützt wurde.

Auf dem Weg zur vollständigen Entzifferung des Brotweizengenoms ist ein entscheidender Meilenstein geschafft: Alle Gene sind exakt auf einer Art molekularen Landkarte verortet. Pflanzenforscher aus München waren federführend an der Analyse beteiligt.

Hustensaft, der dank innovativer Naturstoffe nicht bitter schmeckt und trotzdem gesund ist: nach Produkten wie diesem fahndet die strategische Allianz NatLifE 2020. Der Verbund mit 22 Partnern aus Industrie und Hochschulen erhält eine Millionenförderung durch das BMBF.

Die Produktionsstätte der Biotechnologie ist der Bioreaktor. In einer vom BMBF geförderten strategischen Allianz tüfteln Forscher aus Industrie und Hochschulen an neuen Strategien, um komplexe  Produktionsprozesse effizienter und nachhaltiger zu gestalten.

Forscher wollen einen optischen Schnelltest zum Nachweis von Gluten entwickeln. Damit sollen auch geringste Spuren von Klebereiweiß in Lebensmitteln aufgespürt werden.

Tiermediziner sind bei Rindern einem Gendefekt auf die Spur gekommen, der ansonsten kerngesunde Bullen unfruchtbar macht. Mit einem neuen Test können künftig nun Tiere ausgewählt werden, die als Zuchttiere infrage kommen.

Das Familienunternehmen Jennewein Biotechnologie stellt mithilfe von Mikroorganismen Zuckermoleküle her, die natürlicherweise nur in Muttermilch vorkommen. Das Unternehmen baut seine Produktionskapazitäten derzeit kräftig aus und strebt eine europäische Zulassung für ein Produkt an, das 2014 auf den Markt kommen soll.

Es ist sehr groß und komplex – deshalb ist das Erbgut der Gerste noch nicht komplett entziffert. Im Verbundprojekt GABI-BARLEX haben Pflanzengenomforscher die bis dato umfassendste Gen-Karte erstellt – sie ist die Basis für die weitere Sequenzierung.

Limonade bleibt mittels spezieller Zusatzstoffe trüb. Biotechnologen von der Hochschule Ostwestfalen-Lippe wollen das weiße Innere aus Orangenschalen dafür nutzen.

Im Rahmen der "Initiative Biotechnologie 2020+" arbeiten die Forschungsorganisationen an millionenschwere Großprojekten - zu Themen wie Synthetische Biologie oder druckbare Biotechnik.

Ein neuartiges Nano-Sensorkonzept, das auf fluoreszierenden Bakterienproteinen beruht, kann schnell und einfach Arznei- und Schwermetallreste in Wasser nachweisen. Daran forschen deutsche Wissenschaftler-Teams im Verbundprojekt Aptasens.

Biochemische Prozesse sind äußerst komplex. Ein bisher noch wenig betrachteter Aspekt dieser Komplexität: biochemische Prozesse laufen in der Zelle in einem dreidimensionalen Raum ab und Moleküle selbst haben eine räumliche Gestalt. Der Jülicher Forscher Eric von Lieres möchte biochemische Prozesse in 3D auf modernen Computerarchitekturen simulieren. Die entwickelten Simulationsmodelle sollen dabei helfen, biotechnische Reaktionssysteme zu optimieren.

In der Biotechnologie sind Enzyme als Biokatalysatoren im Einsatz, die Synthese-Chemie wiederum setzt oftmals auf Chemokatalysatoren.  Doch bisher gibt es kaum Fälle, in denen chemo- und biokatalytische Reaktionen erfolgreich kombiniert wurden. Diese enge Verzahnung der beiden „Katalyse-Welten“ hat sich ein Forschertandem um den Bielefelder Chemiker Harald Gröger und den Enzymtechnologen Werner Hummel von der Universität Düsseldorf vorgenommen. Das Forschertandem will das Konzept der chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfsynthesen vorantreiben, um damit Spezial- oder Feinchemikalien herzustellen.

Stofftrennung ist ein wichtiger Arbeitsschritt in der biotechnologischen Praxis. Doch die konventionellen Methoden sind oft aufwändig, kostenintensiv und schlecht skalierbar. Der Forscher Thomas Burg vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen will mit Hilfe neuer Nanofabrikationsmethoden sogenannte biologische Hydrogele zur Lösung dieses Problems nutzbar machen. Hydrogele wirken in Zellen und Geweben oft als hochselektive Barrieren, welche einen kontrollierten Transport von Molekülen ermöglichen. Burg möchte solche Gele in sehr dünne nanoporöse Feststoffmembranen integrieren. Dazu entwickelt er eine Mikrofluidikplattform, mit der sich die Funktionsweise der Gele untersuchen und künftig einmal Stoffgemische in zellfreien Produktionssystemen aufreinigen lassen.

Robin Ghosh will Enzyme einsperren: „Im Inneren von Mikrokapseln sollen sie aus einem Ausgangsprodukt in mehreren Schritten das gewünschte Endprodukt herstellen.“ Das Besondere an dem von Ghosh koordinierten Verbundprojekt „EnzCaps“ ist die Umgebung, in der die Reaktionen stattfinden sollen: organische Lösungsmittel. Das württembergische Team will so das Anwendungsspektrum der enzymatischen Biotechnologie erweitern. Viele wichtige Ausgangs- und Endprodukte sind nicht in wässriger Umgebung löslich. Enzymreaktionen in organischen Lösungsmitteln sollen hier einen Ausweg bieten. Doch bis es soweit ist, müssen zunächst einmal Enzyme entwickelt werden, die auch in der für sie ungewohnten Umgebung zufriedenstellend arbeiten.

In der Bioanalytik werden – etwa in Trenn- und Affinitätssäulen –  meist dichtgepackte Kügelchen eingesetzt. Ein anderes Konzept stellen die Monolithen dar, das sind homogene polymere Matrix-Strukturen, die von winzigen Poren durchsetzt sind. Ein Verbundprojekt namens „Bioliths“ um den Stuttgarter Polymerchemiker Michael Buchmeiser und den Biotechnologen Bernhard Hauer möchte ein innovatives monolithisches Trägermaterial entwickeln, das sich einmal als Reaktor für bestimmte Enzyme eignen soll. Hierbei sollen die Enzyme jedoch nicht in wässriger Umgebung arbeiten, sondern in ionischen Flüssigkeiten. Davon versprechen sich nicht nur die Forscher aus Stuttgart viel Potenzial für neue Produkte. Auch das Geesthachter Bioanalytik-Unternehmen GALAB Laboratories GmbH ist an dem Projekt beteiligt.