Biotechnologische Anwendungen

Seit mehr als 7.000 Jahren nutzt der Mensch die Fähigkeiten winziger Lebewesen und ihrer Inhaltsstoffe und betreibt somit Biotechnologie. Damals fing alles mit der Herstellung von Brot, Wein, Bier und Käse durch Gärprozesse an. Dass hier winzige Helden ihre Arbeit verrichten, wusste man natürlich nicht.

Dank enormer Fortschritte in den Lebenswissenschaften kennen wir sie heute jedoch ganz genau: Proteine, Mikroorganismen, wie Bakterien oder Algen. Unsere Möglichkeiten, ihre biochemischen Leistungen zu nutzen oder gezielt anzupassen, haben sich innerhalb weniger Jahrzehnte enorm vervielfacht. Daneben ist ein ganzer Werkzeugkasten aus Methoden und Hightech-Geräten entstanden, mit denen man die Bausteine und kleinsten Einheiten des Lebendigen untersuchen, vermehren und gezielt verändern kann. Davon profitiert auch die moderne Land- und Ernährungswirtschaft sowie viele Industrien, die biologische Ressourcen nutzen.

Definition der Biotechnologie

In der wissenschaftlichen Literatur existierten lange verschiedene Definitionen der Biotechnologie. Um hier Klarheit zu schaffen, hat die Organisation für Wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD) im Dezember 2004 eine Harmonisierung herbeigeführt.

Die Definition der Biotechnologie nach OECD

„Biotechnologie ist die Anwendung von Wissenschaft und Technik auf lebende Organismen, Teile von ihnen, ihre Produkte oder Modelle von ihnen zwecks Veränderung von lebender oder nichtlebender Materie zur Erweiterung des Wissensstandes, zur Herstellung von Gütern und zur Bereitstellung von Dienstleistungen.“

Winzige Helden der Biotechnologie

Wir können sie mit bloßem Auge nicht sehen und doch sind sie für viele Hightech-Produkte verantwortlich, von denen wir heute profitieren: Mikroorganismen und ihre Inhaltsstoffe sind Grundlage für hochwirksame Medikamente ebenso wie Vitamine und Aromen oder Bausteine für Biokunststoffe. Nicht zu vergessen ist ihre wertvolle Eigenschaft, in unseren Kläranlagen Abfallstoffe abzubauen. Hier stellen sich die kleinen Helden kurz vor.

Enzyme: die Power-Proteine
Enzyme sind eine Klasse von Proteinen (veraltet: Eiweißstoffe), die als Biokatalysatoren wirken. Sie sind imstande, biochemische Reaktionen zu beschleunigen oder überhaupt erst in Gang zu setzen. Beispielsweise spalten sie große Verbindungen in kleinere auf, verknüpfen Moleküle miteinander oder wandeln sie gezielt in andere chemische Verbindungen um. Ohne Enzyme gäbe es keine Lebewesen, denn sie sind für den Stoffwechsel jedes bekannten Organismus verantwortlich. Zahlreiche Industriebranchen haben inzwischen technische Anwendungen von Enzymen in ihren Herstellungsverfahren fest etabliert. Dazu zählen die Herstellung und Verarbeitung von Papier, Textilien, Leder, von Nahrungsmitteln oder Kosmetika.

Bakterien: die Mega-Mikroben
Bakterien gehören zusammen mit den Hefen, Schimmelpilzen und Mikroalgen zu der großen Gruppe der Mikroorganismen. Ihre Zellen sind einfacher gebaut als die der höheren Lebewesen mit echtem Zellkern (Eukaryonten), aber das tut ihrer Vielseitigkeit nicht den geringsten Abbruch. Zahlreiche hochwirksame Arzneimittelwirkstoffe werden heute gentechnisch aus dem Bakterium Escherichia coli gewonnen. Milchsäurebakterien spielen in der Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle. Darüber hinaus gibt es aber enorm viele Bakterienarten, deren Leistungen für den industriellen Einsatz erst noch erschlossen werden wollen. Dazu gehören beispielsweise die Archaea, die an extremen Standorten wie beispielsweise unterseeischen Vulkanschloten vorkommen.

Algen: die grünen Allrounder
Algen sind im Wasser lebende, ein- oder mehrzellige Organismen, die wie die Pflanzen durch Photosynthese die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie umwandeln können. Diese grünen, aber auch blaugrünen oder braunen Lebewesen finden sich nicht nur in den Ozeanen und Süßgewässern, sondern auch auf feuchten Oberflächen, wie Baumstämmen und Blättern, Felswänden oder dem Waldboden. Biotechnologische Kulturverfahren erlauben die vollautomatisch regulierte Anzucht und Vermehrung industriell bedeutsamer Algenarten. Mikro- und Makroalgen bilden heute die Grundlage für Nahrungsergänzungsmittel, Tierfuttermittelzusätze und Kosmetika. Daneben eignen sie sich auch für exotischere Anwendungen, wie die Produktion von Wasserstoff und Biosprit oder die Entgiftung von Abwässern mit hohem Salzgehalt.