Biotechnologie – die Technologie der Zukunft
Gastbeitrag von Prof. Dr. Martina Schraudner
Bioökonomie und Biotechnologie werden häufig im Zusammenhang mit einem nachhaltigen und zukunftsfähigen Wirtschaftssystem genannt. Wie genau hängen sie zusammen? Welche Chancen birgt die Biotechnologie und in welchen Segmenten kann sie künftig zum Einsatz kommen? Diesen und weiteren Fragestellungen widmet sich Prof. Dr. Martina Schraudner und skizziert mögliche Innovationen der Zukunft.
Die Bioökonomie umfasst die Erzeugung, Erschließung und Nutzung biologischer Ressourcen, Prozesse und Systeme, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren im Rahmen eines zukunftsfähigen Wirtschaftssystems bereitzustellen. Bioökonomische Innovationen basieren also auf der nachhaltigen Nutzung von Ressourcen, der Substitution von fossilen durch biologische Rohstoffe, der Nutzung von Reststoffen oder Nebenproduktströmen und dem Einsatz von biotechnologischen Prozessen[1].
Joghurt, Kimchi und Wein zeugen davon, dass biotechnologische Prozesse weltweit schon lange genutzt werden. Ausgangsbasis sind mit Milch, Kohl oder Traubensaft natürliche Ressourcen. In einem bioökonomischen Wirtschaftssystem, in dem ein breites Spektrum nachwachsender Ressourcen verwendet werden soll, werden neue biotechnologische Prozesse zur Anwendung kommen. Biotechnologie verbindet dabei Technik mit den Lebenswissenschaften, um Güter herzustellen. Auch Dienstleistungen können auf Basis biotechnologischer Prozesse erfolgen, wie beispielsweise der Nachweis einer COVID-Infektion mit einem PCR-Test, einer polymerase-chain-reaction (PCR) oder einem Antigen-Test.
Höchste Innovationsdynamik
Wissenschaftliche Grundlage der Biotechnologie sind die Lebenswissenschaften, die nach der DFG die Bereiche Medizin, Biologie, Agar- und Forstwirtschaft sowie Veterinärmedizin umfassen. In diesen Forschungsbereich fließen seit Jahren anteilig die größten Fördervolumen der DFG[2]. Neben den insgesamt 1,17 Milliarden. Euro, die 2019 in die lebenswissenschaftliche Forschung geflossen sind, wurden auch mit Abstand die meisten Mittel zur Förderung von wissenschaftlichen Karrieren in den Lebenswissenschaften vergeben. Im Zentrum stehen die Forschungsbereiche, die molekular- und zellbiologische Strukturen und Prozesse untersuchen. Nicht zuletzt seit der enorm schnellen Entwicklung von Impfstoffen gegen COVID ist klar, dass die Biotechnologie zu den dynamischsten Forschungsbereichen unserer Zeit gehört. Die hohe Innovationsdynamik resultiert dabei aus dem Zusammenspiel von neuen molekularbiologischen Verfahren wie Crispr/Cas mit Enabling Technologies wie Miniaturisierung, Automatisierung, Prozessintegration, hochauflösender Bildgebung, Künstlicher Intelligenz und Big Data. So entsteht ein immer detaillierteres Bild von Vorgängen – auf molekularbiologischer Ebene bis hin zur biologischen Variabilität, die auf dem Niveau von Zellen, Zellstadien und ihren Verschaltungen und Regulationen erfasst werden kann[3]. Mit diesem Wissen können bioökonomische Lösungen in kurzer Zeit bereitgestellt werden und deren Qualität und Ausbeute kontinuierlich überprüft und sichergestellt werden.
Neben der Pharmabranche entwickeln sich gerade weitere Anwendungsgebiete der Biotechnologie im Bereich der Ernährung, des Klima- und Umweltschutzes sowie der Gewinnung nachhaltiger Materialien und Rohstoffe. Nachhaltig sind sie deshalb, weil fossilbasierte Prozesse durch biobasierte Ausgangstoffe und biotechnologische Verarbeitungsprozesse ersetzt werden, also vollkommen neue Produkte, Produktionsverfahren und Geschäftsmodelle entwickelt werden. Beispielsweise hat Biotechnologie das Potential, sehr viel ressourcenschonender Lebensmittelinhaltsstoffe zu produzieren als mit konventionellen Techniken. Der Bogen reicht dabei von einzelnen Inhaltsstoffen bis zur Herstellung von kultiviertem Fleisch, womit aktuell rund einhundert Start-ups tätig sind. [4] Aber auch in der Medizintechnik, der Textilindustrie, der Chemie bis hin zum Fahrzeugbau werden schon jetzt biotechnologisch hergestellte Produkte eingesetzt. In Analogie zu den Anfängen der Digitalisierung steht die Biotechnologie vor einem sehr breiten Einsatz in diversen Branchen und vor der Durchdringung vieler Produktionsbereiche.
Über die Autorin:
Prof. Dr. Martina Schraudner leitet das Fraunhofer Center for Responsible Research and Innovation und hat eine W3-Professur „Gender und Diversity in der Technik und Produktentwicklung“ an der Technischen Universität Berlin. Sie befasst sich mit Methoden, Instrumenten und Prozessen, die Diversity, verstanden als unterschiedliche Perspektiven, in Forschung und Entwicklung zugänglich und nutzbar machen.
Seit Januar 2018 ist die Biologin im Vorstand der acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e. V. und u. a. im Vorstand der Technologiestiftung Berlin. Sie ist in nationalen und internationalen Auswahlgremien für anwendungsnahe Forschungs- und Innovationsprojekte tätig und ist Mitglied in der Dialogplattform Industrielle Bioökonomie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Seit 2019 ist sie Mitglied im Zukunftskreis des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und steht dem BMBF hinsichtlich Zukunftstrends beratend zur Seite.
Foto: © Prof. Dr. Martina Schraudner
Biotechnologie birgt branchenübergreifende Marktchancen
Biotechnologie selbst kann in allen Dimensionen betrieben werden: im kleinen Fermenter ebenso wie im großindustriellen Maßstab, sie ist lokal einsetzbar, schnell adaptierbar und auf andere Geschäftsfelder übertragbar. Sie könnte sie auch in Deutschland regional eine große Bedeutung gewinnen, zum Beispiel in Form von Fermentern zur Verwertung von lokal anfallenden Stoffen, um die Produkte in neue Stoffkreisläufe einzuspeisen. Darüber hinaus kann mit Biotechnologie in Stoffkreisläufe eingegriffen werden, etwa um übernutzte Böden zu sanieren, ähnlich wie es aktuell schon mit Wasser in Kläranlagen betrieben wird. Gerade im Bereich der landwirtschaftlichen Erzeugung eröffnen sich bei einem Schulterschluss von Biotechnologie und Landwirtschaft neue Marktchancen in zukunftsträchtigen Geschäftsmodellen.
In der Pharmaindustrie wird unter besonderen Schutzbedingungen in sog. GMP-Anlagen (Good Manufacturing Practices) biotechnologisch im industriellen Maßstab produziert. Wie die Industrieanlagen zur Herstellung und Aufarbeitung von biobasierten Produkten und Verfahren für andere Güter aussehen werden, welche Zuliefererketten sich entwickeln werden und wo in welchem Maßstab produziert wird, ist derzeit noch offen.
Der Beitrag biobasierter Verfahren und Produkte zur Erreichung von Klima- und Nachhaltigkeitszielen ist unbestritten, schon allein, weil fossil basierte Produkte und Prozesse ersetzt werden können. Die Möglichkeiten der Biotechnologie gehen jedoch einher mit völlig neuen Produkten und Produktionsverfahren und setzen voraus, dass die besonderen Eigenschaften biogener Rohstoffe genutzt werden. Gemeint ist hier sowohl deren Nachwachsen als auch deren Kreislauffähigkeit. Wichtig ist dabei der Aufbau von Reststromnutzungen und der Umgang mit Nebenproduktströmen. Es werden sich zukünftig Innovationsökosysteme und neue Wertschöpfungsnetze entwickeln. Diese könnten neben den Systemen im industriellen Maßstab auch um regional spezifische Ausgangprodukte entstehen. So könnten beispielsweise Sonnenblumenschalen oder Algen zu Gebrauchsgegenständen mit regionaler Herkunft veredelt werden.
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[1] vgl. Leitbild 2.0 der Plattform Industrielle Bioökonomie, Juni 2021
[2] vgl. DFG in Zahlen 2019
[3] vgl. acatech IMPULS Biotechnologie, 2017
[4] vgl. „Cultivated meat: out of the lab, into the frying pan“, T. Brennan, J. Katz, Y Quint, B. Spencer, July 2021, Mc Kinsey
Aufmacherbild / Quelle / Lizenz
Bild von Pete Linforth auf Pixabay
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