Nachwuchsgruppe Weiße Biotechnologie
Institut für Biochemie
Deutscher Platz 5b
D-04103 Leipzig
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Weiße
Biotechnologie
Neben den bekannteren Bereichen der roten und der grünen Biotechnologie rückt die eigentlich älteste Art der Biotechnologie zunehmend in den Fokus der Öffentlichkeit – die Weiße, oder auch Industrielle Biotechnologie. Zwar ist der Begriff `Weißen Biotechnologie` relativ jung, die Menschheit nutzt jedoch Mikroorganismen zur Herstellung quasi industrieller Produkte schon seit Jahrtausenden. Beispielsweise bei der Herstellung von alkoholhaltigen Getränken mit Hilfe von Hefen oder die Herstellung von Joghurt und Käse durch Milchsäurevergärende Bakterien, um nur wenige zu nennen. Die Weiße Biotechnologie nennt man inzwischen auch eine der Schlüsseltechnologien unserer Zeit, der enorme Wachstumschancen prognostiziert werden. In einer „dritten Welle der Biotechnologie“ soll zum Beispiel der Anteil biotechnologischer Verfahren in der Chemieindustrie im Jahr 2010 rund 10 % (~150 Mrd. US$) der Umsätze ausmachen.
Im Zuge der sächsischen Biotechnologie-Offensive konnte in Leipzig ein starker Biotechnologie-Cluster aufgebaut werden, das in der Biocity Leipzig seinen Mittelpunkt hat. Ziel des Clusters ist die Entwicklung innovativer Produkte in den Bereichen Arzneistoff-Entwicklung, Diagnostik und Biokatalyse für ein effizientes, an den Weltmärkten ausgerichtetes Wachstum der lokalen Unternehmen. Um neue biotechnologische Verfahren und Produkte in so unterschiedlichen Bereichen zu entwickeln, müssen neue Enzyme isoliert und Enzymeigenschaften identifiziert werden. Auch bereits identifizierte Enzyme müssen in der benötigten Reinheit und Menge produziert werden. Diese Techniken waren im Biotechnologie-Cluster Leipzig nur wenig entwickelt, was die Innovations-Fähigkeit und -geschwindigkeit der regionalen Unternehmen stark beeinträchtigte. Die Nachwuchsgruppe Weiße Biotechnologie innerhalb des Biotech-Clusters Leipzig weist genau diese Kompetenzen auf.
Die
Nachwuchsgruppe
Die Nachwuchsgruppe Weiße Biotechnologie (NWG) wurde im Juni 2006 als InnoProfile-Vorhaben des BMBF für eine technologie- und branchenspezifische Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Nachwuchsforschungsgruppen an Institutionen der öffentlich finanzierten Forschung und kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) vor Ort gegründet. Ziel war die Förderung und Stärkung der wirtschaftlichen Entwicklung in den Neuen Ländern. Die Entwicklungsrichtungen der NWG wurden in enger Zusammenarbeit mit vier lokalen Industrie-Partnern definiert und durch einen regen Personalaustausch innerhalb der Projektlaufzeit gewährleistet. Seit Mai 2010 werden die Arbeiten in der NWG in unterschiedlichen Projekten von verschiedenen Trägern aus Industrie und öffentlicher Hand weiter geführt.
Technologie
in der Nachwuchsgruppe
Als Basis zu Beginn der Arbeiten in der NWG im Jahr 2006 stand eine an der Universität Leipzig entwickelte und patentierte Screening-Technologie zur Verfügung, das sogenannte Cluster-Screening. Mit dieser Technologie ist es möglich Enzym-Bibliotheken in konkurrenzloser kurzer Zeit auf industriell relevante Enzymeigenschaften hin zu durchmustern. Diese Technik wird seither für die Entwicklung von innovativen Produkten und Produktionsverfahren genutzt. Diese Produkte und Verfahren reichen von der biokatalytischen Synthese von rein chemisch nicht zugänglichen Feinchemikalien und Pharmawirkstoffen, über die Identifizierung und Anwendung von hochreinen Enzymen in Biosensoren und in-vitro Diagnostika, bis hin zur effizienten Produktion und Vermarktung von Antigenen, industriellen und therapeutischen Proteinen.
Die Adaptation des Cluster-Screenings in Kombination mit darauf abgestimmten Methoden zur Generierung von Genombanken (Gesamtheit der Gene eines Organismus) oder Metagenombanken (Gesamtheit der Gene aus einer Umweltprobe) ermöglicht es das fast unerschöpfliche Reservoir in der Umwelt nach neuen enzymatischen Aktivitäten und Proteinen zu durchmustert.
Je nach Habitat sind bis zu 95 % der Mikroorganismen (z.B. im Meerwasser) nicht im Labor vermehrbar und somit der Erschließung von Genombanken nicht zugänglich. Diese können nur über Metagenom-Ansätze erschlossen werden. Und nur ein Bruchteil der ca. 5.000 im Labor vermehrbarer Mikroorganismen ist sequenziert oder erschöpfend nach neuen Aktivitäten durchmustert. Mit der NWG und der Anwendung des Cluster-Screenings auf Genomdatenbanken und Metagenomdatenbanken steht in der Region eine einmalige Kompetenz für die Erschließung der Biodiversität zu Verfügung.
In einem dritten Entwicklungsschwerpunkt der NWG wurden Expressionssysteme entwickelt, um für den überwiegenden Anteil der Anwendungsgebiete, Enzyme und Proteine einfach und preiswert in großen Mengen herzustellen und in entsprechenden Reinheitsgraden zur Verfügung zu stellen. Für drei Expressionssysteme (Hefen, Bacillus sp., Aspergillus sp.) wurden geeignete Stamm-Vektor-Kombinationen entwickelt und anschließend zusammen mit E. coli Systemen auf 15 l Fermentationen skaliert und evaluiert.
All diese Technologien stehen der NWG für die Bearbeitung von Forschungsprojekten auch nach Abschluss InnoProfile-Vorhabens des BMBF zur Verfügung.
Die thematischen Schwerpunkte der NWG
Die Gruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung von Technologieplattformen auf den folgenden Gebieten:
Weiterführendes Grundwissen zur Weißen Biotechnologie:
http://www.biotechnologie.de/BIO/Navigation/DE/Hintergrund/basiswissen.html
http://www.bmbf.de/pub/weisse_biotechnologie.pdfDie Partner:
