von RAINER KURLEMANN
Viele Wirtschaftsexperten erwarten eine große Zukunft für Enzyme, Bakterien, Hefen und Pilze. Sie bezeichnen die Organismen als die stillen Helden moderner Fabriken. Kleine Start-ups und große Chemieunternehmen haben die Bedeutung der proteingeleiteten Produktion längst erkannt. „Für uns ist die weiße Biotechnologie mittlerweile eine unserer Schlüsseltechnologien, mit der wir effizient, ressourcenschonend und flexibel produzieren können“, sagt Doreen Schachtschabel, Vize-Präsidentin White Biotechnology Research beim Chemiekonzern BASF.
Der Begriff weiße Biotechnologie bündelt die Anwendungen des neuen Forschungszweigs der synthetischen Biologie für industrielle Prozesse. Sie orientiert sich also am Produkt. Das Anwendungsspektrum erstreckt sich auf viele Lebensbereiche des Menschen: beispielsweise auf Lebensmittel, Landwirtschaft, Umweltschutz, Medizin, Materialien und Energie.
„Ich will neue Enzyme entwickeln, die nicht den Organismen dienen, von denen sie hergestellt werden, sondern die komplett auf die Anwendung für den Menschen ausgerichtet sind“, erklärt Frances Arnold vom California Institute of Technology. Die Wissenschaftlerin gehört mit ihrer Idee der gerichteten Evolution zu den Pionieren der Anwendungsforschung. In ihren Vorträgen wählt die Chemie-Nobelpreisträgerin von 2018 (bdw berichtete in Ausgabe 11/2018, „Die Ingenieure des Lebens“) für ihr Konzept einen einfachen Vergleich. Unter den Studierenden im Publikum seien sicher einige, die nicht nur in ihrem Fachbereich versiert seien, sondern auch gut in Musik oder Sport, erklärt sie. Das gelte auch für Enzyme. Sie seien zwar als Spezialist für eine bestimmte Anwendung bekannt, könnten aber mit etwas Training auch andere Aufgaben erledigen.
„Eine kleine Veränderung am Enzym kann bereits eine große Veränderung bei seiner Funktion bewirken“, sagt Arnold. Sie baut deshalb keine neuen Enzyme. Arnold sieht sich eher als Molekül-Züchterin, die eine vorhandene Fähigkeit hin zum neuen Arbeitsschwerpunkt entwickelt. „Sie müssen Ihre Enzyme gut genug kennen, um zu wissen, welches schon eine winzige Aktivität in Richtung des gewünschten Produkts hat“, sagt sie. Dann lässt sie eine gerichtete Evolution im Reagenzglas stattfinden. Sie verändert die äußeren Bedingungen so, dass das Enzym sich in die gewünschte Richtung entwickeln muss.
Das beeindruckt sogar Chemiker, die Spezialisten für den Bau neuer Moleküle sind. Arnolds Enzym-Arsenal kann chemische Reaktionen durchführen, die bisher aufs Labor beschränkt waren oder in der Biologie gar nicht vorkamen. Es fertigt Bindungen zwischen chemischen Elementen, die für Organismen außergewöhnlich sind. Mehr noch: Einige Reaktionen, für die der Mensch noch keinen Weg gefunden hat, werden nun von Enzymen in bester Qualität übernommen. Davon profitiert vor allem die Pharmaforschung. Die Caltech-Enzyme sind inzwischen an der Produktion von kompliziert aufgebauten Wirkstoffen für Medikamente beteiligt, die bisher teilweise aufwendig aus lebenden Organismen isoliert werden mussten.
