DIE GRÜNE REVOLUTION

Eine Ahnung der wissenschaftlichen und wirtschaft­lichen Möglichkeiten lieferte zuletzt die erfolgreiche Entwicklung von Impfstoffen gegen Covid-19. Ebenso konnten bereits seit Jahrzehnten in Waschmitteln etablierte Tenside dank biotechnologischer Innovationen in der jüngeren Vergangenheit einen wesentlichen Qualitätssprung machen – sie bringen heute die gleiche Waschleistung bei erheblich reduziertem Energieeinsatz: Anstatt des Kochwaschgangs reicht eine 30-Grad-Wäsche aus. Hinzu kommen weitere richtungsweisende Innovationen im Bereich der Ernährung, des Klima- und Umweltschutzes und der Herstellung nachhaltiger Materialien: Biotechnologie ermöglicht nicht nur die effiziente Produktion von Inhaltsstoffen für Nahrungs- und Futtermittel, hautverträgliche Kosmetik, umweltschonende Waschmittel und Biokunststoff. Sie schafft auch die Voraussetzungen, um In-vitro-Fleisch herzustellen, Bakterien im Bergbau einzusetzen und Bio­etha­nol aus zuckerhaltigen Pflanzen zu gewinnen.

Zur Unterscheidung der verschiedenen Anwendungsgebiete hat sich eine Farbenlehre etabliert. Sie differenziert zwischen „roter“, „grüner“ und „weißer“ Biotechnologie. Der rote Biotechnologie-Zweig befasst sich mit der Medizin, der grüne mit Pflanzen und der weiße mit ressourcenschonenden und umweltfreund­lichen industriellen Produktionsverfahren.

In die weiße Biotechnologie ist Evonik bereits 1983 eingestiegen. Damals begannen die Experten mit der biotechnologischen Herstellung der Aminosäure Lysin. Sie kommt hauptsächlich in Tierfutter zum Einsatz. Das Produktionsverfahren basiert auf einem mikrobiologisch optimierten Bakterienstamm, der die für Tiere biologisch verwertbare Form der Aminosäure gezielt produziert, wenn er mit Zucker gefüttert wird. Solche Prozesse, bei denen Mikro­organismen große Mengen eines gewünschten funk­tionellen Moleküls herstellen, heißen Fermentation.

Der ökologische Vorteil solcher Prozesse besteht darin, dass nachwachsende Rohstoffe zum Einsatz kommen und die Produkte in der Regel biologisch abbaubar sind. So wird der als Energiequelle benötigte Kohlenstoff im Kreis geführt, und kein fossiler Kohlenstoff gelangt in die Atmosphäre. Die Biotechnologie ist damit auch eine Schlüsseltechnologie für die Kreislaufwirtschaft.

Heute nutzt Evonik die Biotechnologie in Form fermentativer oder biokatalytischer Produktionsprozesse, um essenzielle Aminosäuren, Probiotika, Nahrungsergänzungsstoffe und pharmazeutische Inhaltsstoffe herzustellen. „Im Mittelpunkt unseres Handelns steht das menschliche Leben“, sagt Johann-Caspar Gammelin, Leiter der Division Nutrition & Care. „Die Biotechnologie ist prädestiniert, komplexe Moleküle herzustellen, die am Menschen, im Menschen oder für den Menschen eingesetzt werden können.“

Darüber hinaus entwickeln die Experten auf dieser Technologieplattform auch nachhaltige Systemlösungen für Kosmetik, Reinigung, Gesundheit und Tier­ernährung. Gerade an den Schnittstellen zwischen Biologie, Medizin, Chemie und Ingenieurwissenschaften entsteht Innovation. Rund 20 Prozent ihres Umsatzes erwirtschaftet die Division Nutrition & Care inzwischen mit Produkten und Dienstleistungen, die auf Biotechnologie basieren. Und dieser Anteil wird weiter steigen.

Aus dem vertieften biotechnologischen Verständnis ergeben sich immer weitere Anwendungen. Eine von Evonik-Forschern entwickelte epigenetische Analysemethode für Hühner etwa verrät den Gesundheitszustand der Tiere. Sie lässt sich potenziell auf andere Nutztiere übertragen, könnte für eine bessere Datenlage in Zuchtbetrieben sorgen und damit eine nachhaltigere Fleischproduktion fördern. Vielversprechend ist auch der Bereich der neuen „gelben“ Biotechnologie, die sich mit Insekten beschäftigt.

„Wir sehen großes Potenzial für insektenbasiertes Tierfutter“, sagt Buchholz. Im Rahmen des Forschungsprojekts „InFeed“ arbeiten seine Kollegen an der Optimierung der Nährstoffzusammensetzung dieser besonders proteinreichen Kost. Die Aussichten auf ein lukratives neues Geschäftsfeld sind sehr gut: Der Weltmarkt für Insektenprotein wird im kommenden Jahrzehnt Prognosen zufolge dramatisch wachsen.

Kräftiges Wachstum verspricht auch der jüngste Durchbruch der mRNA-Technologie in der Medizin. Schließlich benötigen die Hersteller der Wirkstoffe spezielle Technologien, um ihr Präparat unbeschadet an die richtige Stelle im menschlichen Körper zu transportieren. Für Wirkstoffe auf mRNA-Basis, bei denen eine Ribonukleinsäure die genetische Information für den Aufbau eines bestimmten Proteins in einer Zelle überträgt, braucht es für den sicheren Transport in die Zelle sogenannte Lipidnanopartikel (LNP), die aus verschiedenen Lipiden zusammengesetzt werden. Evonik zählt weltweit zu den führenden Herstellern dieser Lipide und arbeitet bereits gemeinsam mit Wissenschaftlern der Stanford University in Kalifornien an neuen Verfahren, mit denen die mRNA künftig noch zielgenauer in Zellen transportiert werden soll.

Die Option, per Fermentation oder Biokatalyse Ressourcen zu schonen und CO₂-Emissionen zu vermeiden, ist vielversprechend. Am Markt durchsetzen werden sich diese Technologien aber nur dann, wenn sie auch wirtschaftlich attraktiv sind. Ein Beleg dafür, dass sich Nachhaltigkeit und Profitabilität nicht ausschließen, liefert das Algenöl von Veramaris, einem von Evonik und dem niederländischen Unternehmen DSM gegründeten Joint Venture. Es enthält hohe Konzentrationen der Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA und kann in der Lachszucht als Futterzusatz das bislang eingesetzte Fisch­öl ersetzen. Das Algenöl aus dem Fermenter hilft, die Versorgung mit gesundem tierischen Protein zu sichern. Zugleich entlastet es die stark überfischten Weltmeere.

Einen positiven Umweltbeitrag leisten auch Bio­tenside, die auf sogenannten Rhamnolipiden basieren. Sie kommen in Kosmetikprodukten, Waschmitteln und Spülmitteln zum Einsatz. In kurzer Zeit bauen sie sich vollständig biologisch ab, entfernen Schmutz genauso zuverlässig wie sehr gute synthetische Tenside und sind besonders hautfreundlich. Den Forschern ist dabei das Kunststück gelungen, den in einem für Menschen toxischen Bakterium entdeckten Mechanismus der Rhamnolipidproduktion zu entschlüsseln und auf einen ungefährlichen Bakterienstamm zu übertragen. In großen Fermentern setzt der Stamm jetzt Trauben­zucker bei Zimmertemperatur zu den gefragten Lipiden um. Bei der Produktentwicklung und dem Upscaling des Herstellungsverfahrens ko­operiert Evonik mit dem britischen Konsumgüterkonzern ­Unilever.

Für Doug Cameron sind die Rhamnolipide ein mustergültiges Beispiel für die Umsetzung biotechnologischer Forschung in die Praxis: „Hier sieht man die Stärke größerer Unternehmen, die zum einen über ein tiefes Verständnis im Bereich der Biotechnologie verfügen, zum anderen aber auch Erfahrung im Aufbau und Betrieb chemischer Großanlagen haben: Sie können die Prozesse kommerzialisieren“, sagt der Biotechnologie­pionier. Cameron war früher Chefwissenschaftler des US-Agrarkonzerns Cargill und ist heute Co-Präsident der Investmentfirma First Green Partners. „Start-ups entwickeln im Labor zwar schnell aufregende Dinge, unterschätzen aber oft, wie viel Ingenieursexpertise, Zeit und nicht zuletzt Kapital nötig ist, um einen Produktionsprozess zur industriellen Reife zu bringen.“

Nicht nur deshalb sieht Cameron gerade die innovativen Chemieunternehmen in einer guten Ausgangs­position. „Einige der aufregendsten und nachhaltigsten Prozesse in der Zukunft werden solche sein, die Biotechnologie und Chemie auf intelligente Weise miteinander verknüpfen.“ Matthias Evers von McKinsey glaubt, dass das branchenübergreifende Potenzial der Biotechnologie unterschätzt wird: „Unsere Analyse zeigt etwa, dass Roh- und Ausgangsstoffe künftig bis zu 60 Prozent biologisch erzeugt werden könnten.“

Um das Potenzial vollständig zu heben, müsste aber zunächst die europäische Gentechnik-Gesetzgebung modernisiert werden. Kommen Techniken wie die Genschere Crispr zum Einsatz, sind die regulatorischen Hürden besonders hoch – unabhängig davon, welche Eigenschaften der modifizierte Organismus aufweist oder welche Gefahren tatsächlich von ihm ausgehen könnten. „Diese Fragen sollten im Vordergrund stehen“, fordert Evers, „und nicht die Frage, mit welcher Technik er erzeugt wurde.“

Evonik-Forscher Buchholz sieht das ähnlich: „Eine modernisierte Regelung würde das Forschungstempo erhöhen, die Entwicklung von Innovationen fördern und zugleich eine hohe Sicherheit gewährleisten: eine klassische Win-win-Situation“.

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Illustrationen: Dave Hänggi mit Fotos von iStockphoto, Oriana Fenwick / Kombinatrotweiss mit Fotovorlage von Fail Better Media / Helen Fischer

Infografik: Maximilian Nertinger

Foto: Bastian Werner / Upfront