Verstärkte Förderung von Basistechnologien - mehr Raum für Neuerungen

Biotechnologie im Jahr 2020

Richard E. Schneider*)

*Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, 72074 Tübingen, Tel./Fax: 07071/253015.

Die Bundesregierung fördert in den nächsten Jahren exakt 35 neue Biotechnologie-Projekte mit insgesamt 42 Mio. Euro. Insgesamt sollen bis zum Jahr 2020 und darüber hinaus die vier Bereiche Biokatalyse, Mikrosystemtechnik, Systembiologie und synthetische Biologie besonders gefördert werden.

Die dritte Tagung zur Förderung der Basistechnologien in der Biotechnologie fand am 12.12.2012 in den Räumen des Robert-Koch-Forums in Berlin statt. Dort wurden aus 118 eingereichten Projekten diejenigen 35 vorgestellt, die vom BMBF eine finanzielle Förderung erfahren bzw. erfahren werden. Diese Projekte sind unter dem Oberbegriff "Basistechnologien" zusammengefasst und fußen auf wissenschaftlichen Arbeiten an deutschen Hochschulen wie auch an außeruniversitären Instituten. Inhaltlich geht es um Themen von der Bio-Elektrochemie bis zur lichtgetriebenen Produktion von Stoffen. Nach Mitteilung der Bundesregierung soll mit diesem Programm die "Nächste Generation biotechnologischer Verfahren" vorgestellt und in die Realität umgesetzt werden. Experten aus den Bereichen der Biowissenschaften treffen auf Spezialisten aus Chemie, Physik, Medizin und Ingenieurswissenschaften. Insbesondere sollen die Konzepte der Biowissenschaften stärker mit denen der Ingenieurswissenschaften vernetzt werden.

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Neue Herausforderungen und neue Erfahrungen

Matthias Kölbel, Referat Bioökonomie des BMBF, zeigte sich auf der Tagung erfreut über die große Zahl der eingegangenen Bewerbungen. Er hob weiter hervor, dass es sich um explorative, originelle und risikoreiche Projekte handele, die bewusst langfristig angegangen und durchgeführt werden sollen. Unter den drei genannten Begriffen seien Projekte zu verstehen, die viel Forschergeist, noch mehr einzigartiges Können und schließlich auch die Bereitschaft zu einem hohen wirtschaftlichen Risiko erfordern.

Vor rund 80 Zuschauern erläuterten einzelne Wissenschaftler danach en detail ihre Pläne und Vorhaben. Jedem Referenten aus dem Bereich der 35 ausgewählten Verfahren wurden jeweils zehn Minuten zugestanden, innerhalb derer er seine Vorstellungen, Ziele und Hindernisse auf diesem steinigen Weg dem interessierten Publikum darzulegen versuchte. Es ging dabei nicht allein um Einzelprojekte einzelner Wissenschaftler, sondern auch um Zusammenschlüsse und vereinte Anstrengungen von Arbeitsgruppen mehrerer Universitäten und Forschungseinrichtungen.

Im Rahmen der insgesamt "sieben explorativen Einzelprojekte" erläuterte Biotechnologe An-Ping Zeng von der TU Hamburg-Harburg seine Vorstellungen, wie er das Basismaterial 1,3-Propandiol zellfrei herstellen könne. Er möchte die Kompartimentierung als Basistechnologie für neuartige, multi-enzymatische Produktionsverfahren etablieren. "Mit Hilfe von Enzymmodulen wollen wir die Produktausbeute um 100 % erhöhen im Vergleich zu herkömmlichen Fermentationsverfahren", sagte er in Berlin. Andere Projekte, deren Förderung z.T. bereits genehmigt wurde, betreffen die "Golgi-Glykan-Fabrik" von Prof. Lothar Elling von der RWTH Aachen, die Multi-Enzym-Katalyse mit permeabilisierten Zellen namens MECAT oder die Bioelektrosynthese zur Stoffproduktion aus Kohlendioxid (CO2). Prof. Elling möchte ein System nach dem Baukastenprinzip entwickeln, in dem Schritt für Schritt bestimmte Zuckerstrukturen zusammengesetzt werden - ähnlich wie dies die Zelle in dem Golgi-Apparat genannten Organ tut.

Forscherverbünde teilweise seit Jahren existent

Im Verbundnetz "Kooperationsprojekte" arbeiten z.T. bereits seit Jahrzehnten Forscher auch aus unterschiedlichen Branchen eng zusammen. Im Verbund "BactoCat", den Michael Köhler von der TU Ilmenau vorstellte, wird mithilfe neuester Mikrosystemtechniken nach Mikroorganismen gesucht, die resistent bzw. tolerant gegenüber Metall-Nanopartikeln sind. Solche Organismen könnten danach gezielt für die Herstellung innovativer Werk- und/oder Wirkstoffe genutzt werden. Michael Köhler hob außerdem hervor, dass sich dieses Team bereits seit Jahrzehnten kenne und somit gute Chancen für das Gelingen dieses Unterfangens bestehen.

Ein anderer Forschungsverbund wurde von dem Biotechnologen Hubert Bernauer (Freiburg) und dem Pharmakologen Rolf Müller (Saarbrücken) aufgebaut. Sie nennen ihr Forschungsprojekt "Synthetische Biologie zum Design von Produktionssystemen für komplexe Naturstoffe." Es basiert auf dem "Metabolischen Engineering", d.h. komplexe Moleküle sollen optimiert und danach produziert werden. Auch lassen sich in den Mikroben Moleküle in neuen Strukturvarianten herstellen, was bisher nicht möglich war. Seit vorletztem Jahr forschen und arbeiten beide Forscherteams gemeinsam daran und haben auch die ihnen selbst gehörenden Biotech-Unternehmen ChemBiotech, Osnabrück, und ATG:biosynthetics GmbH, Merzhausen bei Freiburg, an ihrer Unternehmung beteiligt. Hubert Bernauer umreißt die Aufgaben präzise: "Wir entwickeln modular aufgebaute Stoffwechselwege, die später in unterschiedliche Zelltypen eingebaut werden können." Für Bernauer lässt sich ihre Forschungsarbeit mit einer umgedrehten Bionik umschreiben. Wir übertragen keine Effekte in die Prinzipien der Technik, sondern Prinzipien aus dem Ingenieurswesen wie beispielsweise die Standardisierung auf und in die Natur, sagt er. Die Arbeiten aus Osnabrück, Saarbrücken sowie Freiburg wurden vom BMBF mit 1,5 Mio. Euro unterstützt.

Seit dem Jahr 2011 existiert neben dem neuen Förderprojekt "Basistechnologien" auch ein "Forschungspreis." Bei beiden Anliegen sollen in Zukunft neue Forschungsansätze finanziell unterstützt und gefördert werden. Neue, heute noch nicht mögliche biotechnologische Produktionsverfahren sollen ihr Ziel und Inhalt sein.

Kombination von Expertisen

Im Förderformat "Tandemprojekte" hat sich eine Reihe von Forschern zusammengefunden, die sich sonst wohl nie getroffen hätten. Es geht dabei stets um zwei Experten aus völlig verschiedenen Fachgebieten, die an einem gemeinsamen Projekt arbeiten. Derzeit gibt es bereits elf solcher Tandems. So wollen der Regensburger Chemiker Burkard König und der Biotechnologe Volker Sieber, TU München, photochemische Prozesse mit der Biokatalyse koppeln. In einem lichtgetriebenen Prozess, der Photokatalyse, sollen sog. Reduktionsäquivalente hergestellt werden, die danach auf neu zu entwickelnde Enzyme übertragen werden. "Mit einem solchen System könnte man z.B. artifizielle Pflanzen entwickeln, die Licht in Form von chemischer Energie speichern", subsummiert Volker Sieber seine hohen Erwartungen. Diese sowie auch andere Erwartungen werden die beteiligten Wissenschaftler spätestens im nächsten Jahr über- und nachprüfen.

Die Zeichen stehen auf Kooperation

Noch ein kurzer Blick zurück auf das Jahr 2010. Bei der Eröffnung des ersten Biotechnologiekongresses zum Thema "Biotechnologie 2020+" am 8.7.2010 in Berlin trafen rund 200 Experten aus den unterschiedlichsten Wissensbereichen aufeinander, um gemeinsam neue Strategien für ein effektiveres Miteinander zu entwickeln. BMBF-Staatssekretär Helge Braun hob hervor, dass zahlreiche Produktionsverfahren in der Biotechnologie heute deutlich ressourcenschonender und umweltfreundlicher gestaltet werden können als noch vor Beginn der Biotechnologie in den 1980er Jahren. Es gelte nun, neue Herausforderungen wie Klimawandel, allmählich nachlassende Rohstoff-Ressourcen sowie Probleme einer immer älter werdenden Bevölkerung anzunehmen und diesen Herausforderungen durch neue, innovative Lösungswege gerecht zu werden. Braun schätzte, dass bis zum Jahr 2020 die Bundesregierung rund 200 Mio. Euro in neue Biotechnologien investieren werde.

Präsent bei dieser Kick-off-Veranstaltung in Berlin waren auch Vertreter der vier großen deutschen, außeruniversitären Forschungsvereinigungen Helmholtz-Gemeinschaft, Max-Planck-Gesellschaft, Fraunhofer-Gesellschaft sowie Leibniz-Gemeinschaft. Bereits im Vorfeld dieser Veranstaltung hatten sich diese vier Forschungsverbünde mit den Vertretern der Hochschulen auf ein gemeinsames Vorgehen geeinigt. Während Ulrich Buller vom Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft auf dieser Tagung betonte, dass eine einzige Forschungsgemeinschaft auf diesem Gebiet nichts auszurichten vermag und man insbesondere die Analytik und die Mikrosystemtechnik stärker in den Focus einbringen müsse, betonte Achim Bachem, Forschungszentrum Jülich und Vertreter der Helmholtz-Gemeinschaft, es gehe bei allen unterschiedlichen neuen Ansätzen darum, "komplexe Prozesse und Verfahren zu vereinfachen." Neue Fortschritte könnten vor allem unter Zunutzemachung von Bioinformatik und Systembiologie erreicht werden. "Die Gesellschaft braucht Lösungen aus der Forschung, die auf neuen Denkansätzen basieren und nur mit modernsten Forschungswerkzeugen erreichbar sind", betonte Bachem.

Die Bedeutung der Grundlagenforschung für den wissenschaftlich-technischen Fortschritt hob Prof. Axel Ullrich von der Max-Planck-Gesellschaft hervor. Diese würde der Biotechnologie neue Türen öffnen und weitere Fortschritte bei der Zelltherapie sowie der Bekämpfung von Krebs durch nanobasierte Biotechnologie ermöglichen. Prof. Ullrich warnte jedoch vor allzu viel Euphorie in der Wissenschaft und wies insbesondere darauf hin, dass viele, heute erörterte Visionen in Wahrheit noch sehr in die Zukunft gerichtet seien und es naturgemäß Jahrzehnte dauert, bis wirkungsvolle neue Therapien gegen Krebs entwickelt und eingesetzt werden können.

Für Axel Brakhage von der Leibniz-Gemeinschaft ging es darum, die grundlegende Bedeutung der Ingenieurswissenschaften für die Belange der Biowissenschaften zu betonen. Wichtige Schnittstellen entstehen ihm zufolge bei der synthetischen Biologie sowie bei der Wirkstoff-Synthese. An seinem Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie in Jena gebe es bereits mehrere vielversprechende Ansätze, die Mikrofluidik und die Genom-Forschung miteinander zu verknüpfen, um auf diese Weise nach neuen Wirkstoffen und -kombinationen zu suchen. Brakhage sprach sich insbesondere dafür aus, diesen neuen Ansatz noch weiter zu vertiefen. Auf die Weiterentwicklung im kommenden Jahr darf man gespannt sein.

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