Zellfreie und Zellbasierte Bioproduktion

Ressourcenschonung und der Aufbau effizienter Stoffkreisläufe sind die aktuellen Herausforderungen für Wirtschaft und Technologie. Vor allem im Gesundheitsbereich ist die ausreichende und kostengünstige Verfügbarkeit hochwertiger synthetischer Stoffprodukte wesentliche Grundlage für die Fortschrittsfähigkeit. Hochkomplexe proteinogene Wirkstoffe stellen beispielsweise die Basis für die Impfstoff- und Antikörperentwicklung dar. Aber auch in der Lebensmitteltechnologie, der Agrar-, Kosmetik- und Waschmittelindustrie ist der Bedarf an Enzymen, an komplexen Peptiden und Proteinen oder allgemein an synthetischen Biomolekülen stetig zunehmend.

Derzeit werden diese Substanzen häufig mit Hilfe lebender Zellen oder Organismen hergestellt. Diese Systeme unterliegen jedoch erheblichen Limitierungen: Ein beträchtlicher Stoff- und Energieeintrag muss für die Aufrechterhaltung des Stoffwechsels der Mikroorganismen oder Zellkulturen selbst aufgewendet werden und limitiert so die Wirtschaftlichkeit dieses Ansatzes. Zusätzlich sind viele Metabolite und Endprodukte toxisch oder wirken in höheren Konzentrationen, als sie für eine wirtschaftliche Produktion notwendig sind, toxisch auf Zellen oder Organismen. Dadurch können viele wichtige Substanzen gar nicht oder nur in geringen Mengen hergestellt werden.

Hier erschließt die zellfreie Bioproduktion hochwertiger Biomoleküle völlig neue Möglichkeiten. Durch die ausschließliche Nutzung der für die Synthese notwendigen subzellulären Komponenten der Organismen ist es in geeigneten Reaktionsumgebungen möglich, effizient Biomoleküle mit komplexen und auch völlig neuen Eigenschaften herzustellen. Die am Standort Golm etablierten Technologien ermöglichen eine wirtschaftlich effiziente Nutzung dieser Verfahren und schaffen damit neue Grundlagen für die ökonomische Produktion von aktiven Proteinen.

Darüber hinaus wird am Standort die Kultursammlung CCCryo, eine einzigartige Bioressource kälteliebender Mikroalgen, im Kontext der akademischen und privatwirtschaftlichen Anwendungen erforscht. Deren Nutzung zur Gewinnung hochwertiger Substanzen, wie z.B. Antioxidantien oder Fettsäuren, steht dabei im Mittelpunkt. Begleitend werden hierfür produktoptimierte Photobioreaktoren entwickelt.