Biotechnologie/Systembiologie

Viele Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen leben in Symbiose mit anderen Individuen oder Organismen, um zu überleben. Solche Lebensgemeinschaften sind für beide Seiten vorteilhaft, weil sie sich gegenseitig mit Nährstoffen versorgen. Auch Flechten, die an extremen Standorten wie der Antarktis oder Atacama-Wüste siedeln, überleben nur durch die Symbiose von Pilz und Algen oder Cyanobakterien. Diese Allianzen machen Flechten zu Mini-Ökosystemen, weil sie zahlreichen Organismen einen Lebensraum bieten.

Ob in der Ernährungs- und Landwirtschaft, in der Medizin, der Chemie-, Kosmetik- oder Pharmaindustrie: Die Biotechnologie bietet für viele Branchen ein enormes Innovationspotenzial. Zugleich eröffnet insbesondere die industrielle Biotechnologie Wege für ein nachhaltiges und ressourcenschonendes Wirtschaften und ist damit eine tragende Säule der Bioökonomie. Doch wie sieht es in der Praxis aus? Fachleuten zufolge hinkt Deutschland im internationalen Vergleich bei der industriellen Anwendung biotechnologischer Verfahren hinterher.

Um die wachsende Bevölkerung auch in 20 Jahren noch ernähren zu können, suchen Forschende seit langem nach Alternativen zu bestehenden Produktionsmethoden. Eine vielversprechende Option könnte im Labor kultiviertes Fleisch sein. Dafür werden einem Rind oder Schwein Muskelstammzellen entnommen und mithilfe von Zell- und Gewebekulturtechniken vermehrt. Die Forschung auf diesem Gebiet läuft weltweit auf Hochtouren. Vor allem Start-ups wie Innocent Meat aus Rostock gelten hier als Innovationstreiber.

Die Demonstrationsanlage vom Projekt SmartBioH2-BW gehört zu insgesamt fünf Bioraffinerie-Vorhaben, die das Land Baden-Württemberg im Rahmen des Förderprogramms „Bioökonomie – Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser – Bio-Ab-Cycling“ seit 2021 mit mehreren Millionen Euro unterstützt. Zentrales Anliegen ist dabei, regionale Rohstoffreserven zu erschließen und nutzbar zu machen. Abwasser und Abfälle aus der Industrie werden bisher selten als Ressource verwendet.

In der Biotechnologie werden seit langem mithilfe von Mikroorganismen Produkte für die Medizin, Landwirtschaft oder Chemieindustrie hergestellt oder industrielle Prozesse angekurbelt. Aber auch bei der Diagnose und Therapie von Krankheiten rücken Bakterien zunehmend in den Fokus. Nun könnten sich neue Möglichkeiten in der biotechnologischen Anwendung von Bakterien auftun. Den Grundstein haben Forschende der Universität Bayreuth gelegt.

Knapp 40 % der weltweiten CO₂-Emissionen gehen auf das Konto der Baubranche. In Deutschland werden 12 % der Treibhausgasemissionen dem Sektor zugeschrieben. Vor allem bei der Herstellung des für Beton so wichtigen Bindemittels Zement entstehen große Mengen des klimaschädlichen Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂). Die Entwicklung nachhaltiger Baustoffe, die CO₂ binden und damit die Emissionen reduzieren, ist auch am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT ein zentrales Forschungsthema.