Zukunftstechnologien entwickeln

Mikroorganismen und ihre Enzyme können eine Vielzahl chemischer Grundstoffe, Vitamine oder etwa essentielle Fettsäuren produzieren. Mit neuartigen Methoden und Prozessen erweitert man heute das Potenzial der biotechnologischen Produktionsverfahren.

Zukunftstechnologie
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Moderne biotechnologische Produktionsverfahren halten zunehmend Einzug in verschiedene Industriebranchen. Um die Möglichkeiten dieser Verfahren für die Zukunft auszuloten und auszuweiten, fördert das Forschungsministerium die „Basistechnologien für eine nächste Generation biotechnologischer Verfahren“. Damit möchte man die Entwicklung von Plattformtechnologien anstoßen, die als Grundlage für eine innovative biotechnische Produktion dienen könnten.

Seit 2011 erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Biologie und den Ingenieurswissenschaften, aber auch Chemie, Biophysik oder etwa Informatik dabei die Basis für neuartige, heute noch nicht im Produktionsmaßstab realisierbare Verfahren.

Basistechnologien von morgen

Die Vielfalt der verfolgten Ansätze ist groß. Mehrere Projekte loten etwa das Zukunftspotenzial der Elektrobiotechnologie aus. Hier wird der Stoffwechsel von Mikroorganismen mithilfe von Elektrizität angetrieben. Unter anderem können Mikroorganismen damit aus dem Klimagas Kohlendioxid (CO2) organische Verbindungen wie Chemikalien oder Treibstoffe herstellen. Bioelektrochemische Verfahren gelten nicht nur als umweltfreundlich, sondern helfen auch, die Produktion kosteneffizienter zu gestalten. Bei anderen Forschungsprojekten steht ebenfalls CO2 als Rohstoffquelle im Fokus. Sie zielen darauf ab, Prozesse der Photosynthese im Labor nachzustellen und auf diesem Weg Lichtenergie und CO2 in energiereiche chemische Verbindungen umzuwandeln.

Mikrobielle Biofabriken

Die Vielfalt an Stoffwechselpfaden im Bereich der Mikrobiologie dient als Grundlage der 2018 angestoßenen Fördermaßnahme „Mikrobielle Biofabriken für die industrielle Bioökonomie“. Bereits heute werden biotechnologische Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Produkte wie Feinchemikalien oder Biopharmazeutika eingesetzt. Diese beruhen auf den Stoffwechselleistungen einzelner Mikroorganismen, die für die spezifischen Anforderungen der industriellen Produktion angepasst wurden. Um Wissenslücken zu schließen und neue Technologien zu entwickeln, bedarf es jedoch weiterer Forschungs- und Entwicklungsvorhaben. Die Maßnahme zu den mikrobiellen Biofabriken legt für diese Entwicklung drei thematische Schwerpunkte zugrunde. In den ersten beiden werden neue Mikroorganismen für die industrielle Produktion identifiziert und charakterisiert sowie neue und bereits genutzte Mikroorganismen zu Plattformorganismen für den Einsatz in der Industrie weiterentwickelt. Schwerpunkt drei dient der Entwicklung neuartiger Verfahrenskonzepte und Technologien zur Kultivierung dieser Plattformorganismen.

Zukunftstechnologie auf dem Plan

Nach Auslaufen der Fördermaßnahme Biotechnologie 2020+ will das BMBF nun die Entwicklung zukunftsweisender Schlüsseltechnologien für die Bioindustrie weiter vorantreiben und hat dazu im Januar 2020 die neue Förderinitiative „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“ gestartet. Eine Serie von Fördermaßnahmen widmet sich dabei unterschiedlichen thematischen Schwerpunkten. Biologisches Wissen soll verstärkt in neuartige, innovative Plattformtechnologien und Verfahrenskonzepte überführt werden, um biotechnologischen Verfahren und Dienstleistungen neue Anwendungspotenziale zu eröffnen und sie so für den Einsatz in der Industrie attraktiver zu gestalten. Gefragt sind kreative Ideen und interdisziplinäre Forschungskonsortien, die Biotechnologie mit anderen Spitzentechnologien wie Nanotechnologie, künstliche Intelligenz, Robotik oder den Ingenieurswissenschaften verknüpfen. Die Nutzung von Synergien und Schnittstellen zwischen den unterschiedlichen Fachdisziplinen soll gerade im Hinblick auf die Erforschung und Entwicklung von neuen Zukunftstechnologien weiter vorangetrieben werden. Das Ziel sind kostengünstige, effektive und nachhaltige Bioprozesse.

Die erste Ausschreibung konzentriert sich auf die Entwicklung innovativer biohybrider Technologien. Biohybride Erfolgsbeispiele, die bereits ihren Weg in die kommerzielle Anwendung gefunden haben, sind etwa neuartige Sequenzierungs-Geräte der dritten Generation. Diese haben die Technik zur Sequenzierung ganzer Genome auf Basis biohybrider Systeme auf die Größe eines USB-Sticks reduziert. Weitere Anwendungsfelder sind etwa Ansätze zur künstlichen Photosynthese oder innovative Verfahren zur Stofftrennung. Neue Produkte und Prozesse sollen so aus der Verbindung biologischer Komponenten wie Nukleinsäuren, Proteinen, Peptiden oder ganzen Zellen mit technischen Komponenten wie Polymeren, Oberflächen oder anderen Materialien entstehen.

Biologisches Wissen und interdisziplinäre Zusammenarbeit legen auch hier den Grundstock für eine künftige biobasierte Wirtschaft.