Biotechnologie

Insulin bildet in der Schwerelosigkeit wesentlich perfektere Kristallstrukturen als unter terrestrischen Bedingungen. Das eröffnet neue Möglichkeiten bei der Behandlung von Diabetes. Bild: NASA

Da die Schwerkraft eine Reihe biotechnologischer Prozesse und Verfahren nachteilig beeinflusst, geht es in diesem Forschungsbereich um die Nutzung der Mikrogravitationsbedingungen zur Verbesserung solcher Prozesse. Nach erfolgreichen Experimenten zur Elektrophorese und zur Elektrozellfusion konzentriert sich diese Forschung in Deutschland in den nächsten Jahren auf Forschungsprojekte zur Kristallisation von biologischen Makromolekülen wie Proteinen sowie zum dreidimensionalen Gewebewachstum in Mikrogravitation.

Bisherige Ergebnisse aus Weltraumexperimenten zur Proteinkristallisation zeigen, dass in etwa 25 Prozent der Fälle größere und vor allem perfektere Kristalle entstehen - häufig Voraussetzung für die verbesserte Aufklärung der Struktur dieser Verbindungen und damit der entscheidende Ausgangspunkt für eine zielorientierte Produktentwicklung in Pharmazie und Biomedizin (Drug Design).

Zukünftige Experimente werden auf die Optimierung des Kristallisationsprozesses ausgerichtet sein, um die Erfolgswahrscheinlichkeit für die Strukturaufklärung zu erhöhen und dadurch verstärkt kommerzielle Nutzer zu interessieren. Hinsichtlich des dreidimensionalen Wachstums von Geweben in vitro (im Reagenzglas) wird in den nächsten Jahren durch neue Bioreaktortechnologien einschließlich innovativer Sensorsysteme für deutsche Wissenschaftler ein relativ neues Forschungsfeld mit beträchtlichem Anwendungspotenzial (künstliche Organe) eröffnet werden. Damit sind die Ziele im Bereich Biotechnologie für die nächsten Jahre definiert:

• Optimierung der Kristallisation von Proteinen zur verbesserten Strukturaufklärung

• Entwicklung von biologischen Lebenserhaltungssystemen/Bioreaktoren mit Langzeitstabilität und Kontrollsystemen auf Mikrosystembasis und neuen Strategien zur Abfallbeseitigung

• Analyse der Mechanismen für dreidimensionales Wachstum von Geweben und Organen (Tissue Engineering, etwa von Knorpelmatrix und Leberersatzsystem)