Trendbericht Biotechnologie – Die Zukunft ist weiß: Chemikalien aus dem Bioreaktor

Biotechnologie und Life Sciences sind ein seit Jahren stark wachsendes Ausstellungssegment der Analytica. Ob Medizin und Pharmazie, ob Umwelt oder Nahrungsmittel – auch auf der 20. Analytica vom 25. bis 28. April 2006 werden die neuesten Verfahren und Lösungen für rote und grüne Biotechnologie präsentiert. Zunehmend rückt jetzt auch die weiße Biotechnologie in den Mittelpunkt der Messe. Vor allem in der chemischen Produktion besteht ein wachsender Trend, klassische Synthesen durch biotechnische Verfahren zu ersetzen.

Deutschland hat sich neben den USA zum weltweit stärksten Standort für biotechnologische Entwicklung und Produktion vorgearbeitet. Die Biotechnologie steht deshalb zusammen mit Labortechnik und Analytik immer stärker im Fokus der Analytica – auch in der 20. Auflage, die die Europäische Leitmesse im April 2006 erfährt. „Gerade die großen, weltweit tätigen Unternehmen haben die Biotechnologie in Deutschland in den letzten Jahren stark nach vorn gebracht“, skizziert der Vorsitzende der Deutschen Industrievereinigung Biotechnologie (DIB), Professor Peter Stadler. Dies gelte „besonders für die Bereiche Verfahrensentwicklung, Produktion und Technik unserer Pharma- und Chemiekonzerne“. Selbst beim „Sorgenkind“ der Branche, der Pflanzenbiotechnologie, könne sich Deutschland noch immer auf eine ausgezeichnete wissenschaftliche Basis stützen.

Auf 50 Milliarden Euro schätzen Experten den Wert biotechnologisch hergestellter Produkte der chemischen Industrie weltweit. Zwar prägt die „rote“ Biotechnologie, also die medizinischen und pharmazeutischen Anwendungen, zusammen mit der „grünen“ Gentechnik das Bild dieser Anwendungen in der Öffentlichkeit – doch die „weiße“ Biotechnik hat das Potenzial, Europa und insbesondere Deutschland die technologische und ökonomische Führerschaft in der chemischen Industrie zu sichern. „Weiß“ sind alte und neue Produkte der chemischen Industrie, bei deren Herstellung zunehmend biotechnologische Verfahren zumindest in Teilschritten die „klassische“ Synthese ersetzen.

Als „weiße Biotechnologie“ definiert man die Nutzung biologischer Mittel und Verfahren für die Optimierung industrieller Prozesse. Dabei wird zwischen Biotransformation, also enzym- und zellkatalysierten Umsetzungen, und fermentativer Herstellung unterschieden.

Während die Produkte bei der Biotransformation in ein- oder wenigstufigen Prozessen entstehen, werden bei fermentativen Verfahren ganze Stoffwechselwege genutzt.

BASF, Degussa, Henkel, Wacker – die Chemieindustrie nutzt weiße Biotechnik

Ein Paradebeispiel für die Nutzung des Potenzials der weißen Biotechnologie gibt Degussa: Das Düsseldorfer Spezialchemieunternehmen hat schon in den achtziger Jahren Verfahren zur Herstellung von Aminosäuren für Futtermittel entwickelt – heute ein Milliardenmarkt. Auch Henkel arbeitet an vorderster Front mit bei verbesserten Enzymsystemen, die Waschmittel noch effizienter und umweltverträglicher machen. Wacker vertreibt erfolgreich Spezialitäten wie Cystein und Cyclodextrine – letztere sind als Geruchsabsorber mittlerweile nicht nur in Reinigungsmitteln, sondern sogar in Anzugstoffen enthalten. Fest etabliert sind biotechnische Verfahren auch bei der BASF zur Produktion von Vitaminen und Feinchemikalien.

Die Anwendungen sind vielfältig. Die Forschung kennt heute mehr als 3.000 Enzyme, rund 150 davon werden schon kommerziell genutzt. Die weiße Biotechnologie gewinnt auch für neue, meist umweltfreundlichere Verfahren und Produkte in anderen Industriezweigen an Bedeutung, so in der Lebensmittel-, Textil-, Kosmetik- und Papierindustrie. Noch liegt der Anteil von Chemieprodukten, die biotechnologisch hergestellt werden, bei fünf Prozent. Jedoch wird bis zum Jahr 2010 mit einer Erhöhung auf zehn bis zwanzig Prozent gerechnet mit immer weiter steigender Tendenz (Siehe McKinsey-Studie „Beitrag der Biotechnologie zur chemischen Industrie“, 2004). In fünf Jahren könnte die weiße Biotechnik an bis zu 60 Prozent aller Chemieprodukte in irgendeiner Form beteiligt sein.

Die Chancen der weißen Biotechnologie liegen vor allem in der Einsparung von Syntheseschritten, im geringeren Rohstoffverbrauch, in der höheren Energieeffizienz, in verminderten Emissionen und letzten Endes einer Reduktion der Produktionskosten. Das Vitamin B2 (Riboflavin) beispielsweise wurde bis 1990 in einer komplexen, mehrstufigen Synthese hergestellt. Schließlich gelang es Forschern und Entwicklern der BASF, eine einstufige Fermentation auf der Basis von Sojaöl zu etablieren, die gegenüber dem alten, petrochemischen Verfahren große Vorteile aufwies: Die Abfälle gingen um 95 Prozent zurück, die CO2-Emission um 30 Prozent und der Ressourcenverbrauch um 60 Prozent. Die Kosten für die Vitamin-B2-Herstellung sanken so um 40 Prozent.

Die Stärke der Zukunft – aus transgenen Kartoffeln?

Jedes Jahr werden in Deutschland etwa 650.000 Tonnen Stärke für technische Zwecke verarbeitet, beispielsweise in der Papier-, Textil- und Klebstoffindustrie. Kartoffelstärke besteht aus einem Gemisch von Amylose und Amylopektin. In der Ernährung sind beide Stärkebestandteile gleichwertig, für industrielle Anwendungen wird in der Regel nur eine Komponente benötigt. Die Trennung der beiden Komponenten ist aufwändig und umweltbelastend, deshalb suchen Züchter wie Gentechniker nach Kartoffeln, die nur jeweils einen Bestandteil bilden. Bei BASF Plant Science haben die Gentechniker zwei solche Kartoffeltypen entwickelt. Bei diesen Knollen wurde das Gen, das für die Bildung von Amylose oder Amylopektin verantwortlich ist, abgeschaltet und so die Bildung eines Stärkebestandteils blockiert.

Die weiße Biotechnik ist, wie das Beispiel Kartoffel an der Grenze zwischen „grün“ und „weiß“ zeigt, stark branchenübergreifend. Ihre Bedeutung sowohl für die Chemische Industrie als auch für die Lebensmittel-, Kosmetik-, Textil-, und Papierindustrie nimmt zu. Neue Werkzeuge wie Screening-Methoden, Metabolic Engineering, globale Analysemethoden wie Genomics, Proteomics oder Metabolomics sowie die Werkzeuge der Bioinformatik sind oder werden immer besser verfügbar. Die Analytica mit der Analytica Conference ist die Plattform, auf der sich Forschung und industrielle Anwendung aus diesen unterschiedlichen Branchen und Fachgebieten treffen. Darüber hinaus ist die Analytica auch der Treffpunkt, auf der die Situation und die wirtschaftlichen Parameter insbesondere der jungen Biotech-Unternehmen und Start-ups beleuchtet und in ein breites öffentliches Rampenlicht gestellt werden.

Finanzierungsituation weiterhin angespannt

Trotz aller Erfolg versprechender Perspektiven – noch ist die „rote“ Biotechnik vorherrschend, was die Zahl der Firmen und den Umsatz betrifft. Geld wird im Pharmasektor verdient. Weit geringer ist die Anzahl der „grünen“ Biotech-Unternehmen mit Zielen wie gentechnischem Pflanzenschutz, verbesserten Agrarmethoden, neuen Lebensmitteln, nachwachsende Rohstoffe und Medikamenten aus transgenen Pflanzen. Von 350 deutschen Biotech-Unternehmen, die die Unternehmensberatung Ernst & Young in „Biotechnologie-Report“ mit „Kommerzialisierung der modernen Biotechnologie“ als Hauptgeschäftszweck listet, betätigen 92 sich Prozent auf dem Pharmasektor, jeweils 13 Prozent mit Pflanzen oder dem Umweltschutz.

Zwar befindet sich die deutsche Biotech-Branche nach Jahren einer überaus stürmischen Entwicklung, bei der auf einer Woge von Risikokapital viele Start-ups hervorgebracht wurden, immer noch in einer Konsolidierungsphase. Aber die Zeichen deuten das Ende der Talsohle an: Laut Ernst & Young steigen die Umsätze wieder, die Verluste gehen weiter zurück. Die deutsche Biotech-Branche stabilisiert sich, wobei jedoch der aktuelle Kapitalbedarf gerade kleiner und privater Unternehmen bei weitem nicht durch das zur Verfügung gestellte Venture Capital gedeckt werden kann. Die weiße Biotechnik ist hiervon weniger betroffen.

Für Klaus Dittrich, Geschäftsführer der Messe München International und Chef der Analytica bietet der Ausstellungsschwerpunkt Biotechnologie und Life Sciences ein spannendes Innovationsfeld im Rahmen der Analytica 2006: „ Hier erwarte ich trotz der immer noch angespannten wirtschaftlichen Situation dieser jungen Branche große Impulse. Die Verzahnung von personalisierter Diagnostik – d.h. der Identifikation von Genen, die die genetisch bedingte, individuell unterschiedliche Wirksamkeit von Pharmazeutika verursachen –und Therapie eröffnet neue Dimensionen bei der Erkennung und Behandlung von Krankheiten, insbesondere in der Behandlung von Tumorerkrankungen. Ich denke an Mini-Gentest-Labors für die Notfallmedizin, die Online-Diagnostik, um die Interaktionsprozesse von lebenden Zellen zu verstehen und der Einsatz von Biochips zur Früherkennung von Volkskrankheiten. Gleiches gilt für die Nutzung von Biotechnologie in der industriellen Fertigung. Die weiße Biotechnologie ist für den Menschen vielleicht nicht so aufsehenerregend wie die rote und grüne Biotechnologie, aber sie bietet das Potenzial, die deutsche Biotech-Industrie im Weltmarkt wieder nach vorne zu bringen.“