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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

30 FRAUNHOFER-LEITPROJEKTE HIGHLIGHTS 2013 1 Initiiert durch den Präsidenten der Fraunhofer-Gesellschaft Prof. Dr. Reimund Neugebauer sollen die in Portfolioprozessen identifizierten sechs gesellschaftlichen Bedarfe »Gesundheit und Umwelt«, »Kommu- nikation und Wissen«, »Mobilität und Transport«, »Energie und Rohstoffe«, »Sicherheit und Vorsorge« sowie »Produktion und Dienstleistung« eine signifikante Profilierung durch Leitprojekte erfahren: Unter ihnen sind die Projekte »Zellfreie Bioproduktion«, »Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität II«, »E³- Produktion« und »Seltene Erden«. Mit den Leitprojekten sollen Fraunhofer-Kompetenzen interdisziplinär und flexibel zur Erarbeitung zukunftsfähiger Themenstellungen zusammengeführt und frühzeitig Indus­ triepartner eingebunden werden. Das Fraunhofer IGB ist durch seine strategische Ausrichtung auf die Geschäftsfelder Medizin, Pharmazie, Chemie, Umwelt und Energie in drei der vier genannten Leitthemen als Projektpartner involviert. Zellfreie Bioproduktion Die zellfreie Bioproduktion steht an der Schnittstelle zwischen Ingenieur- und Lebenswissenschaften. Im Fraunhofer-Leitpro- jekt »Zellfreie Bioproduktion« entwickeln acht Institute (IBMT, ISIT, IZM, IPA, IPK, IME, ISI und IGB) seit 2011 gemeinsam eine alternative Technologie-Plattform zu herkömmlichen biotech- nologischen Verfahren. Die Proteinsynthese, beispielsweise von Antikörpern, wird damit um ein Vielfaches schneller. Zu- dem erweitert die zellfreie Bioproduktion entscheidend die Bandbreite biotechnologisch produzierbarer Proteine. Leitgedanke des ambitionierten Projekts ist es, die gewünsch- ten Stoffe nicht durch lebende Zellen synthetisieren zu las- sen. Denn in Bakterien oder Zellkulturen ist eine Vielzahl von Proteinen nur begrenzt oder gar nicht darstellbar, zum Bei- spiel toxische Proteine, für die Pharmaindustrie interessante Protein-Toxin-Fusionen oder Membranproteine als Targets für die Wirkstoffentwicklung. Die zellfreie Bioproduktion von Pro- teinen, die sogenannte In-vitro-Proteinsynthese, überwindet diese Nachteile: Die Biomoleküle werden hier, anders als bei herkömmlichen Methoden, in Zellextrakten, auch als Lysate bezeichnet, hergestellt. Die Extrakte enthalten im Wesent- lichen nur noch die Proteinsynthese-Maschinerie der Zelle, sodass beispielsweise die Bereitstellung von Energie für die Aufrechterhaltung des Zellstoffwechsels entfällt. Die vorhan- dene Syntheseleistung kann vielmehr allein auf das gewünsch- te Produkt fokussiert werden, welches im Extrakt als einziges neu synthetisiert wird. Im Projekt wurden erste entscheidende Parameter für die in- dustrielle Umsetzung der zellfreien Bioproduktion, namentlich der Proteinsynthese, identifiziert, analysiert und optimiert. Die Kosten der Proteinproduktion im kleinen und mittleren Maß- stab konnten durch die neu gewonnenen Erkenntnisse be- reits um den Faktor 10 reduziert werden. Das IGB entwickelt mit einem zellfreien Lysat spezielle Antikörper, die überschie- ßende Immunreaktionen bremsen und helfen können, einen septischen Schock zu verhindern. Eine der größten Heraus- forderungen auf dem Weg in den Industriemaßstab ist die 1

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