02.07.2014 – In Berlin haben Wissenschaftler auf einem internationalen Symposium Bilanz zum Fraunhofer-Projekt \u201eZellfreie Bioproduktion\u201c gezogen. Am 27. Juni trafen internationale Spezialisten in den R\u00e4umen des Fraunhofer-Forums im Herzen Berlins zusammen, um ihre Expertise zur In-Vitro-Produktion von Proteinen auszutauschen. Rund 70 Teilnehmer besuchten das 3. Status- und damit Abschlussseminar des Verbundprojektes der Fraunhofer-Gesellschaft, das 2011 im Rahmen des Strategieprozesses \u201eBiotechnologie 2020+\u201cgestartet ist. Dem Ziel des Projektes, die Herstellung von ma\u00dfgeschneiderten Proteinen in zellfreien Reaktoren effizienter zu gestalten, r\u00fccken die Forscher immer n\u00e4her. Unter den Referenten war auch die israelische Strukturbiologin und Nobelpreistr\u00e4gerin Ada Yonath.<\/p>\n
Der Bedarf an industriell hergestellten Proteinen w\u00e4chst immens. Ma\u00dfgeschneiderte Therapeutika f\u00fcr individualisierte Krebstherapien sind nur ein Beispiel. Aber nicht nur die Pharmabranche ist Abnehmer f\u00fcr die Biomolek\u00fcle. Auch die industrielle Biotechnologie, die Lebensmittelindustrie oder die medizinische Diagnostik ben\u00f6tigen Proteine und Enzyme mit bestimmten Eigenschaften in gro\u00dfen Mengen. Dass diese in riesigen Zellkultur-Bioreaktoren unter hohem Zeit und Kostenaufwand produziert werden m\u00fcssen, k\u00f6nnte wohlm\u00f6glich bald Vergangenheit sein. Mit der F\u00f6rderung des Bundesministeriums f\u00fcr Bildung und Forschung im Rahmen des Strategieprozesses \u201eBiotechnologie 2020+\u201c konnte das Leitprojekt zur zellfreien Biotechnologie in den vergangenen drei Jahren verschiedene ressourcensparende Produktionsmethoden entscheidend vorantreiben.<\/p>\n
Eines der im Projekt erarbeiteten Reaktorsysteme zur Herstellung von Proteinen wurde auf dem Symposium pr\u00e4sentiert: der Continuous-Exchange-Cell-free-Reaktor (CECF). Es handelt sich um eine Reaktorplattform auf Basis eines Durchflussreaktors. Das Reaktionsgef\u00e4\u00df ist durch eine halbdurchl\u00e4ssige Membran von einem Puffersystem abgetrennt, das eine permanente Versorgung gew\u00e4hrleistet. Darin befindet sich das Lysat, also eine L\u00f6sung mit allen f\u00fcr die Proteinsynthese ben\u00f6tigten Bestandteile einer Zelle, wie etwa Aminos\u00e4uren. \u201eIn diesem Puffer haben wir genau die Bestandteile, die sonst in der Reaktion verbraucht werden. Die eigentlich teuren Bestandteile gehen nicht durch die Membran durch\u201c, erl\u00e4uterte Tobias Brode vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Diese teueren Stoffe sind beispielsweise komplexe Zellbestandteile wie Ribosomen, Proteine und DNA, die w\u00e4hrend des Prozesses in der Synthesekammer verbleiben. Die relevanten Prozessparameter im Reaktionsgef\u00e4\u00df werden simultan mit Hilfe von mikroelektronischen und optischen Sensoren \u00fcberwacht und nachreguliert.<\/p>\n
So schl\u00fcssig das Konzept auch ist \u2013 bisher lassen sich nur wenige Antik\u00f6rper damit im Laborma\u00dfstab herstellen. \u201eWir wissen bisher nur von manchen Proteinen, welche genauen Bestandteile ben\u00f6tigt werden\u201c, so Brode. Der Traum der Forscher ist es, dass ein Automat wie der CECF-Reaktor in jedem pharmazeutischen Labor verf\u00fcgbar ist und f\u00fcr Forschung und Entwicklung direkt vordefinierte Proteine liefern kann. \u201eUm gro\u00dfe Pharmahersteller zu \u00fcberzeugen, die Produktion entsprechend umzustellen, m\u00fcssen wir einen klaren Kostenvorteil aufzeigen. Deshalb m\u00fcssen wir von Seiten der Biologie noch viel Vorarbeit leisten\u201c, sagt der Gruppenleiter am IPA. Jedes Protein braucht andere Bedingungen. \u201eDas Handwerkszeug haben wir. Jetzt m\u00fcssen wir noch die Grundrezepte f\u00fcr die verschiedenen Proteinklassen liefern. Die Forscher in Pharmafirmen m\u00fcssen diese Rezepte und die Technologie dann nur noch zur Hand nehmen und nach ihren W\u00fcnschen optimieren.\u201c Bis die Technologie ihren Weg aus der Nische in die Industrie findet, wird also noch etwas Zeit an Entwicklungsarbeit vergehen. \u201eIch bin optmistisch, dass in weiteren zehn Jahren die zellfreie Produktion m\u00f6glich ist\u201c, betonte Frank Bier vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr biomedizinische Technik in Potsdam (IBMT).<\/p>\n
Eines der Projektziele war es auch, Ingenieure mit Naturwissenschaftlern besser zu vernetzen. \u201eDas hat absolut funktioniert\u201c, erinnert sich Brode. \u201eWir Ingenieure haben sehr viel \u00fcber Biologie gelernt und umgekehrt. Eine besondere Herausforderung war es, eine gemeinsame Sprache zu finden.\u201c<\/p>\n
Ein weiteres, nicht minder wichtiges Bestreben des Projektes: \u201eEs geht auch darum im Wettbewerb zu den USA und Japan ein bisschen aufzuholen\u201c, sagt Brode. Denn aus diesen beiden L\u00e4ndern kommen die Forscherteams, die international als Voreiter der zellfreien Biosynthese gelten. Zwei Wissenschaftler dieser Arbeitsgruppen pr\u00e4sentierten auch im Berliner Fraunhofer Forum ihre Forschungsarbeiten. James R. Swartz von der Stanford University sprach \u00fcber die Schwierigkeiten bei der Energieregeneration in Lysaten und den Energiebedarf bei der Proteinsynthese. Von der Universit\u00e4t Tokyo kam Takuya Ueda angereist. Der Professor berichtete \u00fcber die von seinem Team entwickelte PURE-Technologie, auf deren Basis bereits verschiedene Kits zur In-Vitro-Synthese von Proteinen vermarktet werden. Prominenteste Referentin war die Strukturbiologin Ada Yonath. Sie berichtete von ihren Versuchen zur Kristallisation von Ribosomen f\u00fcr die Strukturanalyse, die sie zusammen mit dem Berliner Professor Heinz Wittmann durchgef\u00fchrt hatte. Anhand kurzer Videos erl\u00e4uterte sie die molekularen Mechanismen zur Funktion der Ribosomen. Im Anschluss motivierte sie den Forschernachwuchs, sich im Gebiet der Proteinsynthese zu engagieren. In Bezug auf gesundheitliche Aspekte, die Ern\u00e4hrung oder neue Materialien k\u00f6nne diese Disziplin auf viele Herausforderungen des 20. Jahrhunderts liefern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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