Das biotechnologische Potenzial wird dank digitaler Technologien zunehmen

Mikroben und Pilze haben der Natur schon lange dabei geholfen, qualitativ hochwertige Lebensmittel, Getränke und Medikamente zu produzieren, doch neue digitale Technologien könnten ein viel größeres Potenzial für den europäischen Biotechnologiesektor eröffnen.

Bier ist vielleicht nicht die Antwort auf alle Probleme des Lebens, aber die Wissenschaft dahinter könnte dazu beitragen, industrielle Prozesse zu dekarbonisieren und die Umwelt zu reinigen.

Die Biotechnologie, bei der lebende Organismen zur Herstellung verschiedener Produkte oder Prozesse eingesetzt werden, bleibt in der heutigen Lebensmittel- und Getränkeproduktion wichtig. Es wird aber auch zunehmend für eine Vielzahl industrieller Produkte verwendet, insbesondere für Medikamente, wo es alte Prinzipien mit modernster Technologie verbindet.

Alte Weisheit, moderne Prozesse

„Wir nutzen Biotechnologie seit Tausenden von Jahren zur Herstellung von Käse, Bier und Wein“, sagt Michael O’Donohue, Experte für mikrobielle Enzyme und industrielle Biotechnologie am Nationalen Agrarforschungsinstitut INRAE ​​in Frankreich .

Heute untersucht O’Donohue, der ein EU-finanziertes Projekt namens Bioindustry 4.0 leitet und mit einem Team von Biotechnologie-Experten aus zehn europäischen Ländern zusammenarbeitet, wie dieselben biotechnologischen Prinzipien zur Herstellung chemischer Produkte oder zur Reinigung von Industrieabfällen genutzt werden können geringere Umweltbelastung als herkömmliche Methoden.

„Wir arbeiten nicht mit Prozessen, die in aggressiven Umgebungen ablaufen, wie zum Beispiel in der chemischen Industrie“, sagte O’Donohue und hob einen großen positiven Aspekt der Biotechnologie hervor.

Kleine Zugpferde

Die Biotechnologie hat unser Leben bereits verändert, weit über die Verbesserung des Biergeschmacks hinaus. Moderne Fortschritte begannen mit der Verwendung von Pilzen im frühen 20. Jahrhundert zur Herstellung lebensrettender Antibiotika. Auch heute noch ist die Biotechnologie für die Herstellung von Arzneimitteln von entscheidender Bedeutung.

Wie O’Donohue erklärt: „Die Arbeitspferde der Biotechnologie auf industrieller Ebene sind hauptsächlich Hefen und Fadenpilze.“

Da Hefe jedoch unvorhersehbar sein kann, welche Verbindung sie produziert und wie viel sie produziert, wird Bioindustrie 4.0, die bis Dezember 2026 läuft, digitale Technologie nutzen, um die Konsistenz biotechnologischer Ergebnisse zu verbessern.

Einer der Vorteile der Biotechnologie besteht darin, dass sie eine sauberere Alternative zur herkömmlichen chemischen Herstellung bieten kann.

Während viele industrielle Prozesse hohe Temperaturen und gefährliche Chemikalien erfordern, leben die meisten Zellen in der Biotechnologie zwischen 30 °C und 40 °C, profitieren von milden pH-Bedingungen, gedeihen in Flüssigkeiten auf Wasserbasis und produzieren keine gefährlichen oder giftigen Substanzen.

Das Konzept hat sich bereits bewährt. In Europa nutzen Unternehmen natürliche Verfahren zur Herstellung von Farbpigmenten und ersetzen chemische Farbstoffe, was dazu beitragen kann, den enormen Wasserverbrauch der Textilbranche zu reduzieren.

Biotechnologieunternehmen können auch nützliche Kraftstoffe und Chemikalien aus landwirtschaftlichen Abfällen oder sogar Abgasen von Industrieanlagen herstellen.

Begrenzen Sie Inkonsistenzen

Die Anwendungsfälle sind jedoch begrenzt, da sich Hefen, Pilze und Bakterien im Gegensatz zu synthetischen Chemikalien auf unerwartete Weise verhalten können und dies für einen Großteil der modernen Industrie, in der Konsistenz von entscheidender Bedeutung ist, nicht ausreicht.

„Wir sprechen über industrielle Prozesse, und es geht immer um Kosten, Effizienz und Reproduzierbarkeit“, sagt O’Donohue. „Wir wollen jedes Mal, wenn wir einen Bioprozess durchführen, die gleichen Ergebnisse erzielen. Das passiert zum Beispiel im Automobilbau. »

Ziel der Bioindustrie 4.0 ist es, diese Lücke durch den Einsatz digitaler Technologien zu schließen. „Es ist eine Herausforderung, diese beiden Technologien zusammenzubringen, aber es ist auch eine enorme Chance für die Biotechnologie, schneller voranzukommen“, sagte O’Donohue.

Einige Forschungspartner entwickeln beispielsweise Echtzeitsensoren für den Einbau in Bioreaktoren, in denen Mikroben in suspendierten Lösungen kultiviert werden. Diese Sensoren können das mikrobielle Wachstum und die Herstellung von Verbindungen verfolgen und Forscher warnen, wenn sie eingreifen müssen, beispielsweise durch die Zugabe von mehr Zucker.

Aufholen

Die Biotechnologie ist eine wichtige globale Industrie mit einem Umsatz von 720 Milliarden Euro im Jahr 2021, doch Europa hinkt derzeit den Vereinigten Staaten hinterher. Die Europäische Kommission bezeichnet die Biotechnologie als „einen der vielversprechendsten Technologiebereiche dieses Jahrhunderts“ und hat Schritte unternommen, um sie in Europa voranzutreiben.

„Die Vereinigten Staaten sind der Hauptakteur. Sie machen 60 % des Marktes aus“, sagte Herr O’Donohue. „Wir haben in Europa mehrere Schwachstellen im Bereich der Biotechnologie festgestellt. Wir haben eine fragmentierte Landschaft, was es bei der Entwicklung von Biotechnologie ziemlich schwierig macht, zu wissen, was wo verfügbar ist. »

Dennoch, so O’Donohue, sei das Potenzial vorhanden. „Europa ist die Wiege der modernen Biotechnologie. Wir verfügen über eine umfangreiche Infrastruktur und umfangreiches Know-how. »

Bioindustrie 4.0 baut auf der Arbeit von PREP-IBISBA auf, einem weiteren EU-finanzierten Projekt, das bis Ende 2023 lief und darauf abzielte, den Prozess der gemeinsamen Nutzung von Forschungseinrichtungen für die industrielle Biotechnologie zu erleichtern.

Das Projektteam entwickelte IBISBA, ein Forschungsinfrastrukturkonzept, das Zugang zu hochmodernen Einrichtungen bietet, um beispielsweise den genauen Inhalt neuer, von Mikroben produzierter Materialien zu testen.

Durch die Nutzung von IBISBA können Forscher schnell zu den entsprechenden Fachkenntnissen oder Geräten geführt werden.

Bauen Sie den Markt auf

Das Konzept wurde bereits in die Praxis umgesetzt und hilft europäischen Start-ups wie Calidris Bio, einem belgischen Start-up, das sich zum Ziel gesetzt hat, hochwertige Proteine ​​mit weniger Ressourcen herzustellen.

„Wir wollen es als Zutat auf den Markt bringen, um Fischmehl und Soja zu ersetzen, die derzeit nicht nachhaltig angebaut werden“, sagte Lieve Hoflack, Mitbegründerin von Calidris Bio.

Doch die Proteinproduktion ist nur die halbe Miete. Ein neues Produkt muss auf Sicherheit, Geschmack und Nährwert getestet werden.

„Mit IBISBA haben wir einen Ort mit der richtigen Ausrüstung, dem richtigen Fachwissen und auch der richtigen Einstellung gefunden, um unseren Prozess auf den nächsten Schritt zu bringen“, sagte Hoflack.

Die Europäische Kommission hat Pläne zur Förderung der Biotechnologie zur Bekämpfung des Klimawandels und der Ressourcenknappheit angekündigt. Es arbeitet an der Entwicklung eines europäischen Gesetzes zur Biotechnologie und beabsichtigt, „Regulatory Sandboxes“ zu fördern, um neue Ansätze in einer kontrollierten Umgebung für eine begrenzte Zeit unter behördlicher Aufsicht zu testen.

Es wird auch daran arbeiten, die Vorschriften zu harmonisieren und ein europäisches Zentrum für Biotechnologie zu schaffen, um Unternehmen dabei zu helfen, sich im regulatorischen Meer zurechtzufinden und die für das Wachstum ihrer Unternehmen erforderliche Unterstützung zu ermitteln.

„Wir müssen der europäischen Wissenschaft helfen, im Rennen zu bleiben und unseren Innovatoren dabei helfen, Unterstützung zu finden, insbesondere bei ihren ersten Schritten“, sagte O’Donohue.