Biotech-Fortschritte: Pflanzenwirkstoffe, Proteinfermentation, grünere Produktion
Neue Forschungsergebnisse treiben die nachhaltige Biotechnologie voran: die Nachbildung giftiger Pflanzenverbindungen für Medikamente, eine zweistufige Fermentation, die bis zu 99 % unangenehmer Gerüche entfernt, und Hybridanlagen, die den CO2-Fußabdruck um 62 % senken.
Forscher haben Fortschritte in der nachhaltigen Biotechnologie gemeldet, darunter eine Methode zur Nachbildung medizinischer Verbindungen aus zwei giftigen Pflanzen, ein zweistufiges Fermentationsverfahren, das unangenehme Gerüche aus pflanzlichen Proteinen entfernt, sowie Belege dafür, dass hybride Biopharma-Produktionsanlagen der "Sweet Spot" zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks sind.
Im Mittelpunkt der ersten Entdeckung stehen die Pflanzen Eisenhut und Rittersporn. Sie stammt aus einer Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern der Michigan State University und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften und wurde im Journal Molecular Plant veröffentlicht. Diese Pflanzen verursachen in winzigen Dosen Neurotoxizität und Lähmungen, sind aber auch dafür bekannt, Schmerzen, Malaria, Krebs und Schädlingen entgegenzuwirken. Erstmals haben Forscher den biosynthetischen Weg identifiziert, über den die Pflanzen Diterpen-Alkaloide herstellen, eine Gruppe giftiger, aber vielversprechender Chemikalien. Durch das Einschleusen der genetischen Baupläne in Tabakpflanzen fanden sie sechs einzigartige Enzyme, die erfolgreich das Diterpen-Alkaloid Atisinium erzeugten, ihm halfen, seine komplexe endgültige Form anzunehmen, und die Hinzufügung einer Stickstoffquelle ermöglichten. Obwohl die verwandte Verbindung Aconitin vor fast 200 Jahren isoliert wurde, ist sie bis heute nicht erfolgreich im Labor synthetisiert worden. Die Entdeckung könnte schließlich dabei helfen, neue Medikamente zu entwickeln, die von diesen Naturstoffen inspiriert sind.
In einer separaten Studie, die im Journal Foods veröffentlicht wurde, entwickelten Forscher ein zweistufiges Fermentationsverfahren, um unangenehme Aromen aus pflanzlichen Proteinen zu entfernen. Der Ansatz entfernte zwischen 95 % und 99 % der Schlüsselgerüche und übertraf damit die einstufige Fermentation bei allen getesteten Proteinen deutlich. In der ersten Stufe wurde das nützliche Bakterium Lactobacillus plantarum verwendet; in der zweiten Stufe kam eine traditionelle Joghurtkultur zum Einsatz, die Bakterien enthält, die für die Entwicklung und Modulation wünschenswerter Aromen bekannt sind. Die Methode wurde auf acht pflanzliche Proteine angewendet: 9 % Soja, Erbse, Kichererbse, Mungobohne, Ackerbohne, Reis, Gerstenreis und Hanf. Die Zugabe von Allulose verstärkte die Aktivität von Lactobacillus plantarum, Erdbeerkonfitüre unterstützte die Joghurtbakterien, während nicht fermentierbare Zusatzstoffe wie Pektin, Xanthan und Öl nur minimale Effekte hatten.
In einer weiteren Studie, die die Umweltauswirkungen von Biopharma-Herstellungsanlagen verglich, wurde festgestellt, dass hybride Anlagen, die Edelstahl- und Einwegtechnologien kombinieren, den geringsten CO2-Fußabdruck aufweisen. Ein Einweglauf im 2.000-Liter-Maßstab erzeugt bis zu 6,5 Tonnen CO2e pro Charge an Kunststoff- und Verpackungsabfällen, während die Hybridanlage weniger als die Hälfte der Kunststoffe verbrauchte und den materialbezogenen CO2-Fußabdruck um 62 % reduzierte, wodurch die Emissionen auf 2,8 Tonnen CO2e pro Charge sanken. Die Analyse verwendete marktbasierte Emissionsbilanzierungsdaten und stellte fest, dass der CO2-Fußabdruck von Einwegsystemen deutlich höher ist als bisher angenommen, während wichtige Edelstahl-Prozessschritte nun einen geringeren CO2-Fußabdruck haben können als ihre Einweg-Pendants. Die Forscher empfahlen, Edelstahl für einfache, hochvolumige Operationen wie Puffer- und Medienherstellung beizubehalten, während Einwegtechnologie für komplexe, flexible Kernprozesse wie Bioreaktoren verwendet werden sollte.