Konventionelle Stofftrennverfahren sind nicht nur aufwändig und teuer, meist ist es auch schwierig, sie im Industriemaßstab einzusetzen. Aber auch im kleinen Maßstab, etwa in mikrofluidischen Systemen, in denen Flüssigkeiten von Reaktionsraum zu Reaktionsraum wandern, sind selektive Membranen für Trennschritte gefragt. Thomas Burg möchte sich eines äußerst selektiven Barrieresystems aus der Natur bedienen: Den Hydrogelen, die zum Beispiel im Kernporenkomplex der Zellkernhülle sitzen und dort für einen kontrollierten Import und Export von Molekülen sorgen.

Mehrstufen-Eintopfverfahren sind deswegen für industrielle Anwendungen attraktiv, weil sie Synthesen effizienter machen: es sind weniger Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte nötig. Das macht solche Eintopfsysteme auch nachhaltiger, weil Abfälle reduziert werden können. Als ein Schlüssel für funktionierende Mehrstufen-Eintopfverfahren gilt die Kompatibilität der Einzelschritte miteinander. Das ist die große Herausforderung in dem Tandem-Projekt von Chemiker Gröger und Biotechnologen Hummel: Biokatalyse und Chemokatalyse miteinander zu kombinieren.

Zu den biomolekularen Prozessen in der Zelle, bei denen die dritte Dimension eine entscheidende Rolle spielt, zählen das sogenannte Metabolic Channeling und das Molecular Crowding. Ersteres beschreibt eine strukturelle Interaktion von Enzym-Molekülen, wodurch biosynthetische Zwischenprodukte direkt von katalytischem Zentrum zu katalytischem Zentrum transferiert werden. Der Begriff Molecular Crowding beschreibt das Gedränge der vielen Eiweiße in einer Zelle, das Auswirkungen auf die Bewegung und andere Eigenschaften der Moleküle hat.

Die Kombinationsmöglichkeiten im Erbgut sind scheinbar endlos, das macht folgende Überlegung deutlich: Jedes Protein besteht aus einer definierten Abfolge von Aminosäuren, von denen es rund 20 Varianten gibt. Das bedeutet: Wird ein Protein an nur sechs Stellen verändert, sind 64 Millionen unterschiedliche Variationen möglich. Ulrich Schwaneberg will nun ein System entwickeln, mit dem sich diese Vielzahl von unterschiedlichen Proteinvarianten schnell und kostengünstig durchmustern lässt.

Die Fabrik ist dabei keineswegs ein normales Gebäude aus Stahl und Beton, sondern ein biotechnologischer Fertigungsweg zur Synthese von maßgeschneiderten Glykokonjugaten für biomedizinische Anwendungen. Indem verschiedene zellfreie Multienzymsysteme miteinander kombiniert werden, sollen künftig Glykan-Wirkstoffe maßgeschneidert gefertigt werden. Das Problem bisher: „Die Entwicklung von Enzymmodulen ist bisher mit einem sehr hohen Zeitaufwand verbunden und hat öfters den Charakter einer Spezialanwendung, die nur wenig Flexibilität zulässt“, so Elling.

Für den Palmölanbau werden vor allem in Ländern wie Indonesien und Malaysia Regenwälder gerodet, Landnutzungsrechte missachtet und Lebensraum für Tiere zerstört. Ein kompletter Ersatz von Palmöl durch Soja-, Raps-, Sonnenblumen- oder Kokosnussöl wäre technisch in vielen Bereichen zwar möglich, würde aber weit mehr Fläche erfordern. Bei der Erschließung neuer landwirtschaftlicher Flächen würden weitere natürliche Lebensräume zerstört, dabei Treibhausgase freigesetzt und biologische Vielfalt vernichtet. Ein simpler „Boykottaufruf“ bietet also keine einfache Lösung.

Der Chemiesektor wird von wenigen Großunternehmen dominiert. Diese nehmen die Bioökonomie noch nicht als zentrales Innovations- und Wachstumsthema wahr. Angesichts der günstigen Entwicklung von Preisen und Fördermengen bei Erdgas und Rohöl erscheint ein umfassender Wandel hin zu  nachwachsenden Rohstoffen in naher Zukunft unwahrscheinlich. Dort wo die biobasierten Produkte wirtschaftlicher in der Produktion sind, keine chemischen Äquivalente haben oder sich eindeutig durch bessere Eigenschaften im Markt bewähren, sind sie jedoch auf dem Vormarsch.