Direkt zum Inhalt

Lexikon der Chemie: Biotechnologie

Biotechnologie, ist – nach einer Definition der europäischen Föderation für Biotechnologie (EFB) – die integrierte Anwendung von Erkenntnissen und Methoden der Naturwissenschaften (Biochemie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Genetik, Immunbiologie, technische Chemie) und Ingenieurwissenschaften mit dem Ziel, die technische Anwendung und kommerzielle Ausnutzung der Leistungen von Zellen (Mikroorganismen, pflanzlichen und tierischen Zellen oder Geweben), Teilen davon (vor allem Enzyme) sowie molekularer Analoge für die Herstellung oder Veränderung von Produkten zu erreichen. Diese Definition deutet an, daß die B. ein sehr altes Fachgebiet ist. So entwickelte man biotechnische Verfahren bei der Herstellung von Nahrungsmitteln – insbesondere bei der Wein-, Bier-, Käse- und Brotherstellung – schon vor mehreren Jahrhunderten, ohne zu wissen, daß es sich dabei um spezielle Leistungen von Mikroorganismen handelt. Heute ist man dabei, durch Verfahrensänderung und Variation der Eigenschaften der Produzenten (u.a. Mikroorganismen) die Produktion zu optimieren, die Qualität der Produkte zu erhöhen und neue Produkte herzustellen.

Nachdem Ende des vorigen Jahrhunderts aufgrund der bahnbrechenden Arbeiten von L. Pasteur und anderen Wissenschaftlern mit der Produktion von Ethanol (alkoholische Gärung) und Essigsäure, später auch anderer Primärmetabolite (z. B. Milch- und Citronensäure, Glycerin) aus Mikroorganismen aber auch von Biomasse (Bäcker-, Nähr- und Futterhefe) begonnen wurde, leitete die Produktion von Penicillin Anfang der 40er Jahre eine neue Entwicklungsphase biotechnologischer Verfahren ein. Während bei den erstgenannten Verfahren neben der Entwicklung des Produktionsstammes das Wachstum unerwünschter Keime (Fremdinfektion) nicht ausgeschlossen war, mußten die Verfahren zur Penicillinherstellung den sicheren Ausschluß von Fremdinfektionen gewährleisten (Steriltechnik). Durch diese und andere Techniken (z. B. Verwendung von Mutanten) bzw. Verfahren gelang es zugleich, Substanzen, die normalerweise nur in geringen Konzentrationen von den Mikroorganismen produziert werden, in großen Mengen herzustellen.

Die gegenwärtige Entwicklungsphase ist durch die Anwendung moderner wissenschaftlicher Erkenntnisse der Biowissenschaften und der B. charakterisiert. Dazu gehört nicht nur, daß die Ergebnisse der Enzymforschung z. B. zur Entwicklung verschiedener Verfahren mit immobilisierten Zellen und Enzymen und zur Katalyse in organischen Lösungsmitteln geführt haben (Enzymtechnologie), sondern auch neue Techniken der Biowissenschaften, von denen besonders die Gen-, Immun- und Zelltechniken hervorzuheben sind, Anwendung in der B. gefunden haben. Dies führte dazu, von einer "neuen" B. zu sprechen, die nicht nur die traditionellen Verfahren der B. (industrielle Mikrobiologie) verbessert, sondern auch neue Produkte liefert. Eine besonders vielversprechende Methode ist dabei die Gentechnik.

Parallel mit dem Einzug moderner biowissenschaftlicher Erkenntnisse in die B. führten die Ergebnisse der Verfahrenstechnik zur Herstellung neuer Reaktoren, optimierter Verfahren, zu verbesserter Meß- und Regeltechnik und schließlich zum computergesteuerten Ablauf des gesamten Verfahrens. Disziplinen wie Bioverfahrenstechnik, Bioprozeßtechnik und Bioprozeßanalytik bildeten sich heraus. Die dabei eingesetzten Zellen (vor allem Mikroorganismen) oder Enzyme ersetzen nicht nur aufwendige chemische Synthesen und sparen dadurch Kosten; sie entlasten zugleich auch die Umwelt und vermindern das Gefährdungspotential in der chemischen Industrie.

Ihren Anspruch als Schlüsseltechnologie wahrend, haben biotechnologische Verfahren weltweit Eingang in zahlreiche Industriezweige gefunden: 1) In der chemische Industrie zur Produktion von organischen Massenchemikalien (u.a. Ethanol, Aceton, Butanol, organische Säuren) und Feinchemikalien (z. B. Enzyme, Duftstoffe, Polysaccharide). 2) In der pharmazeutischen Industrie u.a. zur Herstellung von Antibiotika, Impfstoffen, Steroid- und Peptidhormonen, Vitaminen, Aminosäuren, Diagnostika. 3) Lebensmittelindustrie (u.a. Enzyme, organische Säuren, Starterkulturen, Aromastoffe und Konservierung). 4) Landwirtschaft (z. B. Futterstoffe, Tierimpfstoffe, Insektizide, Herbizide). 5) In Dienstleistungsindustrien zur Wasserreinigung, Abwasserbehandlung, Abfallverwertung, Energie- (Biogas), Metall- (Leaching) und Ölrückgewinnung usw. Von wachsender Bedeutung sind dabei insgesamt gentechnische Produkte (u.a. Enzyme, Hormone, Antibiotika, Impfstoffe; Gentechnologie) für die Diagnostik und Therapie. Es ist heute prinzipiell möglich, ein Gen beliebiger Herkunft in jeder Art von Zelle oder auch in jedem Organ/Gewebe eines Organismus zu exprimieren. Tierische Zellen haben bisher zur Produktion von Interferonen und monoklonalen Antikörpern Bedeutung erlangt. Intensiv gearbeitet wird an der Nutzung pflanzlicher Zellkulturen zur Gewinnung von Sekundärmetaboliten, insbesondere solcher, die als Arzneistoffe verwendet werden. Unter dem Begriff Biotechnik werden dabei die Praxisanwendungsgebiete der B. zusammengefaßt.

Nach der Definition der B. werden die Medizintechnik, die sich mit dem Einsatz von Apparaten beim Menschen befaßt sowie gentechnische Veränderungen am menschlichen oder tierischen Erbmaterial ausgeklammert.

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Dr. Andrea Acker, Leipzig
Prof. Dr. Heinrich Bremer, Berlin
Prof. Dr. Walter Dannecker, Hamburg
Prof. Dr. Hans-Günther Däßler, Freital
Dr. Claus-Stefan Dreier, Hamburg
Dr. Ulrich H. Engelhardt, Braunschweig
Dr. Andreas Fath, Heidelberg
Dr. Lutz-Karsten Finze, Großenhain-Weßnitz
Dr. Rudolf Friedemann, Halle
Dr. Sandra Grande, Heidelberg
Prof. Dr. Carola Griehl, Halle
Prof. Dr. Gerhard Gritzner, Linz
Prof. Dr. Helmut Hartung, Halle
Prof. Dr. Peter Hellmold, Halle
Prof. Dr. Günter Hoffmann, Eberswalde
Prof. Dr. Hans-Dieter Jakubke, Leipzig
Prof. Dr. Thomas M. Klapötke, München
Prof. Dr. Hans-Peter Kleber, Leipzig
Prof. Dr. Reinhard Kramolowsky, Hamburg
Dr. Wolf Eberhard Kraus, Dresden
Dr. Günter Kraus, Halle
Prof. Dr. Ulrich Liebscher, Dresden
Dr. Wolfgang Liebscher, Berlin
Dr. Frank Meyberg, Hamburg
Prof. Dr. Peter Nuhn, Halle
Dr. Hartmut Ploss, Hamburg
Dr. Dr. Manfred Pulst, Leipzig
Dr. Anna Schleitzer, Marktschwaben
Prof. Dr. Harald Schmidt, Linz
Dr. Helmut Schmiers, Freiberg
Prof. Dr. Klaus Schulze, Leipzig
Prof. Dr. Rüdiger Stolz, Jena
Prof. Dr. Rudolf Taube, Merseburg
Dr. Ralf Trapp, Wassenaar, NL
Dr. Martina Venschott, Hannover
Prof. Dr. Rainer Vulpius, Freiberg
Prof. Dr. Günther Wagner, Leipzig
Prof. Dr. Manfred Weißenfels, Dresden
Dr. Klaus-Peter Wendlandt, Merseburg
Prof. Dr. Otto Wienhaus, Tharandt

Fachkoordination:
Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher

Redaktion:
Sabine Bartels, Ruth Karcher, Sonja Nagel


Partnerinhalte