Biomoleküle vom Band

Fraunhofer-Leitprojekt Zellfreie Bioproduktion

Streiflichter der aktuellen Forschung

Hier finden Sie einen kurzen Überblick zu den aktuellen Arbeiten im Fraunhofer-Leitprojekt Zellfreie Bioproduktion.

Ressourcenschonung und Effizienz durch Zellfreie Bioproduktion

Erfolg und Zukunft der modernen Gesellschaften basieren u.a. auf der Verfügbarkeit von Biomolekülen. Die Medizin benötigt beispielsweise große Mengen an potenten Impfstoffen gegen verschiedene Grippeviren und muss dabei schnell auf sich verändernde Krankheitserreger reagieren können. Aber auch die Lebensmitteltechnologie, Agrar-, Kosmetik- und Waschmittelindustrie haben einen hohen Bedarf an synthetisch hergestellten Enzymen, Peptiden oder anderen Biomolekülen.

Derzeit wird dieser Bedarf an Biomolekülen meistens noch mit Hilfe von lebenden Zellen oder Organismen, wie z. B. dem Bakterium E.coli gedeckt. Diese Technologie ist zwar sehr leistungsfähig, aber mit drei Nachteilen verbunden:

  • Die Wirtschaftlichkeit ist durch den hohen Energieaufwand für die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels der Mikroorganismen oder Zellkulturen limitiert.
  • Die Zwischen- und Endprodukte sind häufig toxisch oder wirken in den höheren Konzentrationen, die für die wirtschaftliche Produktion notwendig sind, inhibierend auf die Zellen und Organismen.
  • Die Endprodukte müssen aufwendige Reinigungs- und Trennungsschritte durchlaufen, um sie von nicht benötigten Bestandteilen zu befreien.

Die Zellfreie Bioproduktion von Proteinen (ZFB), die sogenannte in-vitro-Proteinsynthese, überwindet diese Nachteile: Die Biomoleküle werden hier, anders als bei der herkömmlichen Methode, außerhalb lebender Zellen hergestellt. Das spart Ressourcen, da beispielsweise keine Energie für Aufrechterhaltung eines Zellstoffwechsels bereitgestellt werden muss und das Endprodukt einen hohen Reinheitsgrad besitzt, weil es nicht durch organische Bestandteile kontaminiert ist.

 

Flexibel und Ressourcenschonend

Die in-vitro-Proteinsynthese ist kein neues Produktionsverfahren, aber noch sehr limitiert einsetzbar. In der derzeit fortgeschrittensten verfügbaren Reaktionsumgebung lassen sich aktuell nur geringe Mengen an Biomolekülen herstellen. Außerdem sind die etablierten Ansätze nicht steuerbar.

Wissenschaftler der Fraunhofer Gesellschaft wollen diese Technologie nun für die Industrie nutzbar machen. Sie arbeiten an einem aktiv steuerbaren Reaktorsystem, das an den industriellen Herstellungsbedingungen ausgerichtet ist und die ressourcensparende und effiziente Produktion von Biomolekülen ermöglicht.