Forschung im Bereich der industriellen Produktion
Die Entwicklung innovativer Herstellungsverfahren kann nur auf der Basis einer intensiven Grundlagenforschung erfolgen. Hierbei kommt der Erschließung neuer Stoffwechselleistungen, vor allem von Mikroorganismen, sowie der Aufklärung der daran beteiligten Regulationsmechanismen eine zentrale Rolle zu. Von den geschätzten zwei Milliarden Arten von Mikroorganismen, von denen nur ein winziger Bruchteil kultivierbar ist, verspricht man sich vielfältige neue Möglichkeiten. Die Erforschung sogenannter Metagenome (Gesamtheit der Erbinformation aller Organismen eines bestimmten Lebensraumes) ermöglicht es, bisher unzugängliches Erbmaterial für eine eingehende Analyse zu erschließen. Mit Hilfe gentechnischer Methoden werden vielversprechende Gene in kultivierbare Laborstämme transferiert und können dort gezielt auf neue, bisher noch nicht bekannte Syntheseleistungen oder Stoffwechselprodukte hin untersucht werden.
Methoden des „Metabolic Engineering“ (gezielte Beeinflussung von Stoffwechselwegen), der gerichteten Evolution (beschleunigte Anpassung von Stoffwechselwegen und/oder -produkten durch gezielten Selektionsdruck zur Erzielung höherer Erträge oder neuer katalytischer Eigenschaften) und des Enzymdesigns (gezielte Veränderungen in der Molekülstruktur) helfen den Forschern, um bereits etablierte Labor- und Produktionsstämme für technische Anwendungen weiter zu optimieren oder maßgeschneiderte Biokatalysatoren und Mikroorganismen für technische Anwendungen nutzbar zu machen.
Der jüngste Forschungszweig der Biowissenschaften, die sogenannte Synthetische Biologie, verfolgt in einem interdisziplinären Ansatz, über künstlich erzeugte biologische Systeme zu neuen Anwendungen zu gelangen. Weitere Forschungen konzentrieren sich auf die Entwicklung zellfreier Systeme für den Einsatz in der biotechnologischen Produktion.
Pflanzen sind in der Lage, komplexe Arzneimittelwirkstoffe und Impfstoffe zu synthetisieren. Einige dieser „Medikamente aus dem Gewächshaus“ (Plant made Pharmaceuticals) werden derzeit in klinischen Studien getestet (z. B. Antikörper gegen das HI-Virus aus Tabakpflanzen; patientenspezifische Impfstoffe zur Behandlung des Non-Hodgkin-Lymphoms; transgene Reiskörner, die einen Eiweißteil aus Cholerabakterien produzieren, als oraler Choleraimpfstoff). Hierbei werden neue Produktionsmöglichkeiten erprobt, die eine sichere und effiziente Anwendung in geschlossenen Anlagen gewährleisten.