Winzigen Tausendsassas auf der Spur

Von Algen, Enzymen und Nanopartikeln

07.09.2006 (15.05) - Algen, Enzyme und Nanopartikel haben es in sich. Sie produzieren Vitamine, beschleunigen chemische Prozesse und trennen unerwünschte Stoffe. Drei Institute des Fraunhofer-Verbunds Life Sciences VLS zeigten auf der Achema in Frankfurt, wie sie diese Eigenschaften nutzen können. Der Verbund präsentierte dort vom 15. bis 19. Mai »Biotechnische Lösungen für die Industrie«.

Algen aus dem Bioreaktor

Algen sind eine bislang wenig genutzte natürliche Rohstoffquelle. Dabei könnten sie zur Lösung von weltweiten Ernährungs- und Gesundheitsproblemen beitragen. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB zeigt in Frankfurt einen Photobioreaktor, mit dem sich spezielle Mikroalgen kultivieren lassen. »Algen sind sehr genügsam, sie brauchen nur Sonnenlicht, Kohlendioxid, Nitrat und Phosphat für ihr Wachstum«, erklärt Dr. Ulrike Schmid-Staiger vom IGB, »wichtig ist aber, dass im Reaktor jede Alge ausreichend versorgt wird, damit die Produktion auch wirtschaftlich ist«. Der Flat-Panel-Airlift-Reaktor (FPA) ist so konstruiert, dass durch gezielte Strömungsführung alle Algenzellen besser mit Licht und Substrat versorgt werden können. »Wir kultivieren zusammen mit unserem Spin-off Subitec eine Alge namens Haematococcus pluvialis. Sie ist der Organismus mit dem höchsten Gehalt an Astaxanthin«, erläutert Schmid-Staiger. Der rote Farbstoff färbt zum Beispiel das Fleisch von Fischen, wenn sie ihn über die Nahrung aufnehmen. Er wird deshalb vor allem in Aquakulturen verfüttert.

»Wir konzentrieren uns auf seine gesundheitsfördernde Wirkung für den Menschen: sein antioxidatives Potenzial und seinen positiven Einfluss auf das Herz-Kreislaufsystem sowie die Sehfunktion«. Die Alge Phaeodactylum tricornutum hingegen liefert Omega-3-Fettsäuren, vor allem EPA - Eicosapentaensäure, die wichtig für den Menschen ist. Mit dem FPA-Reaktor konnten die Wissenschaftler sowohl die Produktion von Astaxanthin wie auch von EPA in den Algen erhöhen.

Screening von Enzymen

Enzyme sind Biokatalysatoren, ohne sie wären viele biochemische Vorgänge nicht oder nur sehr langsam möglich. Die Forscher am IGB befassen sich seit mehr als zehn Jahren mit der Suche, dem »Screening«, nach neuen industriell nutzbaren Enzymen. Sie optimieren diese und stellen rekombinante Varianten her. Aus diesen Erfahrungen entstand das »Screening-Center«, das auf der Achema präsentiert wird. Am Center wurden mehrere metagenomische Genbibliotheken aus verschiedenen Habitaten, von der Mülldeponie bis zum Meerwassergraben, hergestellt und auf Enzymaktivitäten untersucht. Die gefundenen Enzyme sind allesamt noch nicht beschrieben. Es ist also gelungen, auch das Potenzial nicht kultivierbarer Mikroorganismen zu erschließen. Das IGB stellt damit der Chemie, Pharmazie oder Lebensmitteltechnologie bisher unbekannte Enzyme zur Verfügung.

Nanocytes®: Nanopartikel als »Rezeptoren«

Bei vielen biotechnologischen oder industriellen Prozessen ist die spezifische Abtrennung von Molekülen aus Gemischen eine Schlüsselaufgabe. Stoffe sollen rein gewonnen, störende Begleiter entfernt werden. Nanopartikel bringen die Lösung, wenn sie »molekular geprägt« sind, wie die NanoMIPs aus dem IGB. »Darunter verstehen wir veredelte Polymere, die - wie Rezeptoren - nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren. Sie erkennen spezifisch Biomoleküle und Wirkstoffe und »docken« an den richtigen Stellen an,« erklärt Priv.-Doz. Dr. Günter Tovar. Der große Vorteil: Nanopartikel sind stabiler als biomolekulare Rezeptoren. Das IGB stellt mit solchen Nanopartikeln Kompositmembranen her, die bei hochselektiven Trennungsprozessen zum Einsatz kommen: Das Stoffgemisch, das aufgetrennt werden soll, durchströmt die Membran, die Nanopartikel halten die abzutrennende Substanz zurück. Die Forscher zeigen am Stand sowohl ein Modell eines molekular geprägten Nanopartikels, wie auch Elemente der Trenntechnik und der Aufarbeitung.

Monoklonale Antikörper

Das Fraunhofer-Institut für Molekulare Biotechnologie und Angewandte Oekologie IME aus Aachen stellt auf der Achema einen Perfusionsbioreaktor vor, mit dem monoklonale Antikörper in tierischen Zellkulturen hergestellt werden. Mit dem System lassen sich Mengen biszu einigen Gramm produzieren. Dies ist unter anderem für »proof-of-principle«-Versuche geeignet. Sie überprüfen, ob die Ergebnisse der Grundlagenforschung praktisch zu realisieren sind.

Non-Target-Analytik

In komplexen Gemischen anorganischer und organischer Stoffe sind zahlreiche unbekannte Verbindungen enthalten. Vielkomponentengemische findet man in Körperflüssigkeiten, Umweltproben, bei Pflanzenextrakten und in technischen Produkten. Unbekannte Stoffe zu identifizieren, ist Aufgabe der Non-Target-Analytik. Das Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Hannover präsentiert ein System, um das Schadstoffspektrum in Altlastflächen zu analysieren. Dazu kombinieren die Forscher Trennmethoden, wie z. B. die Hochdruckflüssigkeits- chromatographie (HPLC) mit Methoden, die Aussagen über Masse und das Aussehen einer Verbindung liefern. Beispielsweise ist für polare, schwerflüchtige Verbindungen die LC-SPE-NMR-MS-Kopplung am besten geeignet: Sie verbindet die Hochdruck- flüssigkeitschromatographie (HPLC) über ein Anreicherungsverfahren (SPE) mit den wichtigsten strukturanalytischen Methoden, der Kernresonanzspektroskopie (NMR) und der Massenspektrometrie (MS).

Über den Fraunhofer-Verbund Life Sciences VLS

Der VLS wurde Mitte 2001 von den Fraunhofer-Instituten IBMT, IGB, IME und ITEM gegründet, 2005 trat das neu gegründete Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI bei. Der Verbund bündelt die Kompetenzen seiner Mitglieder und bietet ein breites Methodenspektrum im Bereich der Life Sciences. Unter dem Motto »Forschung für die Gesundheit und die Umwelt des Menschen« arbeitet der VLS sowohl präventiv für den Umweltschutz als auch regenerativ für medizinische Therapie und Umweltsanierung. Dies berücksichtigt neue Erkenntnisse aus der Genom-, Proteom- und Metabolomforschung.

Quelle im Internet und weitere Informationen unter: www.fraunhofer.de



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