Biotechnologie

Als Biotechnologie wird die Umsetzung von Erkenntnissen aus der Biologie und der Biochemie in technische oder technisch nutzbare Elemente verstanden. Die Kurzform Biotech wird meist auf kommerzielle Betriebe angewandt, die in diesem Bereich forschen und produzieren.

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Überblick

Ziel der Biotechnologie war und ist immer noch die Umsetzung und Herstellung verschiedenster Stoffe mit Hilfe von biochemischen und mikrobiologischen Prozessen. Die ältesten Anwendungen, die schon seit 5000 Jahren bekannt sind, der Biotechnologie sind die Herstellung von Brot, Wein oder Bier(alkoholische Gärung) mit Hilfe von [[Backhefe|Hefe], auch die Herstellung von Milchprodukten wie Käse, Joghurt, Sauerteig oder Kefirfällt in den Bereich der Biotechnologie. In den letzten Jahrzehnten ist man zusätzlich dazu übergegangen, in sog. Bioreaktoren chemische Verbindungen, wie Enzyme, Biopharmaka und andere Proteine herzustellen, die durch klassische chemische Verfahren nur schwer oder gar nicht herzustellen sind. In den Bioreaktoren selbst werden mittlerweile oftmals gentechnisch veränderte gentechnisch veränderte Organismen eingesetzt, die die gewünschten Stoffe produzieren; so werden beispielsweise Waschmittelenzyme mit Hilfe solcher Organismen hergestellt.

Einteilung

Die moderne Biotechnologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie vor allem mit Methoden der Gentechnik und der Molekularbiologie arbeitet. Dabei werden Mikroorganismen derart genetisch verändert, dass sie gewünschte Eigenschaften aufweisen, um ein gewünschtes Produkt wie z. B. Insulin herzustellen. Die theoretischen Grundlagen dieser Methoden sind vor allem die Ergebnisse der Genforschung und der Genomforschung, da die grundlegenden Mechanismen biologischer Vorgänge durch Gene gesteuert werden. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass man mit einem harmlosen Organismus ein gewünschtes Produkt herstellen kann und somit auf Pathogene (krankheitserregende Keime) verzichten kann. Desweiteren wird erst durch biotechnologische Prozesse die Herstellung kompliziert aufgebauter Substanzen wie Hormone oder Enzyme ermöglicht, da chemische Prozesse hier oftmals zu teuer oder nicht sinnvoll sind.

Als konventionelle Formen der Biotechnologie bezeichnet man die Abwasserreinigung oder das Kompostieren sowie weitere ähnliche Anwendungen.

Da Biotechnologie ein sehr weit gefasster Begriff ist, wird versucht nach Anwendungsgebieten zu unterscheiden. Neben der Grünen Biotechnologie (landwirtschaftliche Anwendung), welche sich auf Pflanzen einschließlich ihrer gentechnischen Veränderung bezieht, gibt es die Rote Biotechnologie (medizinisch-pharmazeutisch), welche sich mit der Herstellung von Medikamenten und Diagnostika befasst, die Blaue Biotechnologie, welche sich mit der Nutzung von Organismen aus dem Meer befasst, die Weiße Biotechnologie, welche sich mit biotechnologisch-basierten Produkten und Industrieprozessen - beispielsweise in der Chemie-, Textil- oder Lebensmittelindustrie befasst, und die Graue Biotechnologie, welche sich mit biotechnologischen Prozessen im Bereich der Abfallwirtschaft (Kläranlagen, Dekontamination von Böden und ähnliches) befasst. Diese farbliche Einteilung ist aber keineswegs offiziell und noch nicht allgemein verbreitet. Insbesondere die Farben blau, braun, grau und gelb werden selten oder auch in anderer Bedeutung genutzt.

Bioreaktoren

Ein Ziel der ökologischen Biotechnologie ist es, chemische Prozesse, die bei hohen Temperaturen und unter großem Druck stattfinden, durch biotechnologische Methoden nachhaltig zu ersetzen, die oft mittels Enzymen unter Umgebungsbedingungen ablaufen (Biokatalyse). Dies geschieht in sogenannten Bioreaktoren oder Fermentern. Fermentoren bezeichnen einen Reaktor, in dem lebende, vermehrungsfähige Mikroorganismen und tierische oder pflanzliche Zellen eingesetzt werden. Von einem Bioreaktor wird gesprochen, wenn das Produkt mit Biokatalysatoren wie z. B. Enzymen hergestellt wird. Das Reaktorvolumen kann zwischen einem und bis zu tausend und mehr Litern variieren.

Bioreaktoren haben die Aufgabe, den in ihnen kultivierten Organismen einen ökologisch optimalen Lebensraum zur Verfügung zu stellen. Dies geschieht unter sterilen Bedingungen mit speziell entwickelten Nährlösungen und Sensoren, die Parameter wie Glukosegehalt, Stickstoffgehalt und pH-Wert messen und auswerten.

Angewandte Organismen

In der modernen Biotechnologie werden mittlerweile sowohl Bakterien als auch höhere Organismen wie Pilze, Pflanzen oder tierische Zellen verwendet. Häufig verwendete Organismen sind oft bereits genau erforscht, wie etwa das Bakterium Escherichia coli oder die Backhefe Saccharomyces cerevisiae. In neuerer Zeit versucht man isch jedoch höherer Organismen zu bedienen. Grund hierfür ist die etwa Fähigkeit posttranslationale Veränderungen an Proteinen vorzunehmen. Ein Beispiel für ein solches Protein ist etwas Erythropoetin.

Forschungszweige

In den Bereich der Biotechnologie und angrenzender Arbeitsbereiche lassen sich eine Reihe moderner Forschungszweige einordnen:

• Antikörpertechnologien
• Bioelektronik
• Bioinformatik
• Bioverfahrenstechnik
• Bioremediation
• Downstream Processing (Aufarbeitung)
• Ethanol-Kraftstoff
• Gentest-Entwicklung
• Gentherapie
• Klontechnologien (siehe Klonen)
• Kriminalistische Anwendungen (siehe Genetischer Fingerabdruck)
• Nanobiotechnologie (siehe auch Nanotechnologie)
• Nutrigenomik
• Pharmakogenomik
• Pharmazeutische Biotechnologie
• Protein-Engineering
• Reprogenetik
• Stammzelltherapie
• Tissue Engineering oder Gewebezüchtung
• Transgene Technologien
• Xenotransplantation
• Zellulose-Ethanol

Produkte

• Arzneistoffe: Insulin, Hirudin, Erythropoetin, Somatotropin, therapeutische Antikörper
• Enzyme: Chymosin, Katalase
• Transgene Organismen: Goldener Reis, Bt-Mais, Flavr-Savr-Tomate
• DNA-Chip
• automatisierte DNA-Sequenzierung
• Intelligente Kleidung

Unternehmen

Im Jahr 2005 sah die Liste der Top Ten-Unternehmen im Bereich Biotechnologie so aus:

1. Amgen Inc.
2. Genentech, Inc
3. Serono Inc.
4. Genzyme Corporation
5. Biogen Idec Inc.
6. Chiron Corporation
7. Gilead Sciences, Inc
8. MedImmune, Inc
9. InterMune, Inc
10. Millennium Pharmaceuticals, Inc

Zusammen erwirtschafteten diese Firmen 2004 57,1 % der Einnahmen der gesamten US-amerikanischen Biotechbranche.

Siehe auch

• Biorock-Technologie
• en:List of biotechnology companies

Literatur

• Moselio Schaechter, John Ingraham, Frederick C. Neidhardt: Microbe: Das Original mit Übersetzungshilfen. Spektrum Akademischer Verlag 2006. ISBN 3-8274-1798-8
• Reinhard Renneberg, Darja Süßbier: Biotechnologie für Einsteiger. Spektrum Akademischer Verlag 2005. ISBN 3-8274-1538-1
• Roland Ulber, Konrad Soyez: 5000 Jahre Biotechnologie: Vom Wein zum Penicillin. Chemie in unserer Zeit 38(3), S. 172 - 180 (2004), ISSN 0009-2851
• G. Festel, J. Knöll, H. Götz, H. Zinke: Der Einfluss der Biotechnologie auf Produktionsverfahren in der Chemieindustrie. Chemie Ingenieur Technik 76(3), S. 307 - 312 (2004)
• Kathryn Nixdorff, Dagmar Schilling, Mark Hotz: Wie Fortschritte in der Biotechnologie missbraucht werden können: Biowaffen. Biologie in unserer Zeit 32(1), S. 58 - 63 (2002)
• Björn Lippold: Der Regenbogen der Biotechnologie. Bionity.COM
• Knoepffler, Nikolaus / Schipanski, Dagmar / Sorgner, Stefan Lorenz (Hrsg.): Humanbiotechnologie als gesellschaftliche Herausforderung. Alber Verlag, Feiburg i. B. 2005.
• Volkart Wildermuth: Biotechnologie. Zwischen wissenschaftlichem Fortschritt und ethischen Grenzen. Parthas Verlag 2006. ISBN 978-3-86601-922-5

Siehe auch

• PubMed (Datenbank mit medizinischen Artikeln der nationalen medizinischen Bibliothek der USA (NLM)
• Zukunftstechnologie
• Transhumanismus