Biotechnologie/Systembiologie

Die Milchindustrie hat durch die intensive Viehhaltung einen erheblichen Anteil an Umweltschäden und Treibhausgasemissionen. Um so wichtiger ist es, die Milch möglichst vollständig und abfallfrei zu verwerten. Darin ist die Branche schon recht gut: Selbst die Molke, von der allein in Deutschland jährlich 12,6 Mio. Tonnen anfallen, wird zu großen Teilen weiterverarbeitet. Jetzt haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) und der TU Dresden ein Verfahren entwickelt, um die Reststoffnutzung noch weiter auszudehnen.

Ob Farbstoffe, Omega-3-Fettsäuren oder Proteine: Mikroalgen können viele Wertstoffe produzieren und sind daher ein Hoffnungsträger für die Bioökonomie. Nicht nur die Hersteller von Lebens- und Futtermitteln oder Kosmetika setzen auf sie. Auch für die Herstellung von Biosprit und neuen Kunststoffen gewinnen Mikroalgen zunehmend an Bedeutung. Doch auch für die Landwirtschaft könnte die Zucht dieser Wasserpflanzen neue Geschäftsfelder eröffnen.

Fossile Rohstoffe müssen dringend durch erneuerbare Alternativen ersetzt werden, um die Klimaschutzziele zu erreichen und die Wirtschaft krisenfest und wettbewerbsfähig aufzustellen. Das gilt auch für die chemische Industrie, deren Produkte auf dem Element Kohlenstoff basieren, das bislang überwiegend aus Erdöl oder Erdgas stammt. Um Arzneimittel, Kunststoffe oder Chemikalien in Zukunft klimaneutral aus erneuerbarem Kohlenstoff herstellen zu können, braucht es neue Lösungen.

Die Überfischung der Meere ist ein globales Problem. 33 % der kommerziell genutzten Fischbestände sind nach Angaben der Umweltschutzorganisation WWF davon betroffen. In Europa ist es noch dramatischer: Im Mittelmeer und im Schwarzen Meer gelten demnach sogar 62,2 % der Bestände als überfischt. Derweil steigt die Nachfrage nach Fisch jedoch weiter an. Das Food-Tech-Start-up Bluu Seafood will mit Produkten aus kultivierten Fischzellen die überfischten Meere wieder ins Gleichgewicht bringen.

Fluor ist ein kleines Atom mit großer Wirkung: Seit Jahrzehnten nutzt die Pharmaindustrie es, um medizinische Wirkstoffe zu verbessern. So kann Fluor die Bindung eines Wirkstoffs an sein Zielmolekül verbessern, die Verfügbarkeit des Wirkstoffs für den Körper erhöhen oder die Verweildauer des Wirkstoffs im Körper verändern. Bislang erforderte der Einbau des Fluors meist aufwendige chemische Synthesen.

Ustilago maydis ist ein parasitischer Brandpilz, der vor allem Maispflanzen befällt und die Krankheit Maisbeulenbrand auslöst. Die Beulen, sogenannte Gallen, erinnern dabei an tumorartige Gewebewucherungen. Auch im Zellinneren der Wirtspflanze wütet der Erreger: Die von dem Pilz ausgeschütteten Moleküle, sogenannte Effektoren, manipulieren den Stoffwechsel, blockieren das Immunsystem und treiben das Zellwachstum voran. Vor allem aber greifen sie in den Signalweg der Pflanze ein, der durch das Pflanzenhormon Auxin gesteuert wird.

Was die Spezifität von Synthesen betrifft, sind Enzyme ungeschlagen: Die in allen lebenden Zellen vorhandenen Katalysatoren können komplexe Moleküle erzeugen und das meist ohne unerwünschte Nebenreaktionen. Das haben sie der chemischen Synthese voraus, die zwar hohe Ausbeuten erzielen kann, aber neben energieintensiven Reaktionsbedingungen häufig auch problematische Nebenprodukte mit sich bringt. Eine Forschungsgruppe am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock (LIKAT) möchte die Vorteile beider Welten verbinden.

Die Forschung in der industriellen Biotechnologie in Deutschland auf internationalem Spitzenniveau weiterentwickeln – das ist das erklärte Ziel des Chemiekonzerns Wacker und der Technischen Universität München (TUM). Dazu haben beide Partner jetzt das „TUM WACKER Institute for Industrial Biotechnology“ gegründet. Bereits zum kommenden Wintersemester soll das Institut die Arbeit aufnehmen. Wacker fördert die dortige Forschung mit 6 Mio. Euro verteilt über sechs Jahre.