Beiträge zu einer "Grünen Chemie"

BioTrans 2001 – Internationale Tagung zu Biokatalyse und Biotransformation vom 2.9. bis 7.9. an der TU Darmstadt

Vom 2.-7. September findet in Darmstadt die BioTrans 2001 statt, eine internationale Fachtagung auf dem Gebiet der chemischen Synthese mittels Biokatalyse und Biotransformation.

Highlights aus dem Programm:

Die moderne Biotechnologie bietet innovative Ansätze für die Entwicklung einer nachhaltig zukunftsverträglichen, ressourcenschonenden Wirtschaftsweise. Dies ist ein wichtiger Beitrag zu einer „Grünen Chemie“ – grün steht nicht für parteipolitische Ziele, sondern für eine verantwortungsvoll umweltbewusste Philosophie der Risikovermeidung. Auf der BioTrans 2001 nimmt beispielsweise die Suche zur Ablösung von besonders problematischen klassisch-chemischen Oxidationsverfahren einen breiten Raum ein, da man sich beim Ersatz durch biokatalytische Verfahrensweisen einen besonders hohen Nutzen in der Schadstoff- und Schwermetallvermeidung verspricht.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Nutzung von Enzymen aus sogenannten extremophilen Mikroorganismen. Hierunter versteht man Lebewesen, die sich an außergewöhnlich lebensfeindliche Umstände angepasst haben wie hohe Temperatur oder Druck, oder Resistenz gegen Säuren und Alkalien etc. Bekannteste Beispiele sind Bakterien, die in unmittelbarer Nähe von Tiefseevulkanen bei Temperaturen von über 100°C leben, oder in Geysiren im Yellowstone Park. Deren Zellbestandteile müssen also besonders robust ausgestattet sein und sind daher für die Nutzung in industriellen Prozessen besonders interessant (u.a. auch als Waschmittelenzyme). Die Kultivierung extremophiler Bakterien ist im Labor natürlich sehr schwierig, daher ist der auf der BioTrans 2001 vorgestellte Fortschritt auf diesem Gebiet besonders bemerkenswert.

In der anwendungsnahen Biokatalyseforschung ist eine Beschleunigung der Innovationszyklen unabdingbar, um ihre Konkurrenzfähigkeit gegenüber der alten Technologie zu verbessern. Hier spielt die Gentechnik eine herausragende Rolle. Die jüngste Entschlüsselung des menschlichen Erbguts hat weltweit Schlagzeilen gemacht, obwohl der erhoffte breite Nutzen vermutlich erst nach Jahrzehnten erreicht werden kann. Dramatischere – weil unmittelbare – Auswirkungen auf die angewandte Biokatalyse kann da die Entschlüsselung von weit kleineren und übersichtlicheren Genomen haben, was für Dutzende von Mikroorganismen inzwischen erreicht wurde. Bei solchen primitiven Lebewesen ist die Funktion der im Erbgut kodierten Eiweißmoleküle meist bekannt oder viel rascher abzuleiten, obendrein sind sie meist weitaus stabiler und daher für technische Applikationen weit attraktiver. Der Bedarf an Biokatalysatoren mit einem bestimmten Eigenschaftsprofil ist somit gezielter aus dem Repertoire der bekannten Gensequenzen zu decken.
Dieser Fortschritt hat eine heute endlich erfolgreiche Entwicklung möglich gemacht, nämlich die Neukonstruktion und Optimierung gewünschter Stoffwechselwege in Mikroorganismen für die Produktion komplexer Naturstoffe. Hierbei bedient man sich gezielt der Kombination solcher Gene aus verschiedenartigen Organismen, die für leistungsfähige Enzyme kodieren. Hiermit gelingt es Bakterien so zu modifizieren, dass diese aus einfachen und billigen nachwachsenden Rohstoffen beispielsweise direkt solche Chemikalien herstellen, die sonst nur auf Erdölbasis aufwendig produziert werden können, oder sie können hochkomplizierte Oligosaccharide erzeugen, wofür man im Labor mindestens ein Dutzend Schritte, viele teure Reagenzien und mehrere Wochen Zeit benötigen würde.

Eine besonderes Highlight im Hinblick auf gentechnische Innovationen zur Verkürzung von Innovationszyklen in der Biokatalyse nimmt auf der BioTrans 2001 die sogenannte „Evolution im Reagenzglas“ ein zur Erzeugung optimierter Enzyme. Dies wird beispielsweise durch „gene shuffling“ erreicht, eine neuartige Methode zur Zufallsmutagenese des Erbguts. Hierbei wird die kodierende DNS quasi zerhackt und dann ungeordnet neu zusammengeklebt, sodass zigtausende von Varianten entstehen, aus denen dann die Beste herausgesucht werden kann. Dieses Verfahren stellt eine Revolution auf der Suche nach optimierten Biokatalysatoren dar, weil so ein Ergebnis in kürzester Zeit erreicht werden kann ohne mühevolle Planung oder die zeitaufwendige Auswertung von Zwischenstadien. Auf der Tagung wurden bereits zahlreiche höchst erfolgreiche Pionierleistungen mit dieser Technologie vorgestellt.

Organisator der Tagung, die von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gesponsert wird, ist Prof. Dr. Wolf-Dieter Fessner vom Institut für Organische Chemie der TUD.

Pressekontakt: Prof. Dr. Wolf-Dieter Fessner, Institut für Organische Chemie, Technische Universität Darmstadt, Tel: 06151/16-6666, während der Konferenz: -6190,
E-Mail: fessner@tu-darmstadt.de,