Aktuelle Trends

Als ein noch vergleichsweise junger Zweig innerhalb der Biotechnologie gilt die Synthetische Biologie. Sie zielt darauf ab, maßgeschneiderte Organismen zu entwickeln, die sich durch neuartige Eigenschaften auszeichnen. Diese neuen Funktionen sollen über genetische Schaltkreise gesteuert werden, die bekannte Verfahren aus der Ingenieurstechnik mit Hilfe standardisierter Genelemente nachbilden. Dabei werden unterschiedliche Wege verfolgt. Ein Ansatz basiert auf der Verwendung von Bakterien, die durch sukzessive Entfernung von Genen auf ihre notwendigsten Systemkomponenten reduziert wurden. Forscher träumen davon, komplette Regelkreise in Minimalorganismen (sog. Chassis) einzubauen, um gewünschte Produkte zielgerichtet und mit großer Ausbeute zu produzieren.

Genetische Schaltkreise nach dem Lego-Prinzip 

Eine wichtige Innovation der letzten Jahre im Bereich der automatisierten Labortechnik stellen Syntheseroboter dar, mit denen künstliche Synthesen von DNA-Molekülen, Peptiden und verzweigten Zuckermolekülen ermöglicht wird. Syntheseroboter erlauben die vollautomatische und reproduzierbare Durchführung und Überwachung von Reaktionen, die unentbehrlich bei der Suche nach Synthesewegen für neue Wirkstoffe oder einem optimierten Reaktionsprozess geworden sind. Vorstellbar ist, dass zukünftig Produktionssysteme für maßgeschneiderte Anwendungen am Computer entwickelt und dann vollautomatisiert durch Syntheseroboter aus standardisierten Bauteilen zusammengesetzt werden. Dies wird ansatzweise bereits bei der Konstruktion künstlicher DNA-Schaltkreise mit Hilfe von zahlreichen synthetischen DNA-Bauteilen (Biobricks) verfolgt, die Mitarbeiter am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in der sogenannten BioBricks-Datenbank zusammentragen. Geläufige genetische Bausteine wie Operatoren, Terminatoren, Promotoren oder Reportergene können hier nach dem „Legoprinzip“ zu neuen Regelkreisen kombiniert werden.

Bei DNA-Chips treffen sich Mikrosystemtechnik und Biotechnologie bereits in der praktischen Anwendung.

Die Nanobiotechnologie wiederum ist ein wichtiges Forschungsfeld, in dem über "Bottom-up"-Verfahren Nanostrukturen aus Biomolekülen unter Anwendung biologischer Bauprinzipien aufgebaut werden. Das dabei zugrundeliegende biologische Prinzip ist die Selbstorganisation einzelner Moleküle unter definierten Randbedingungen zu strukturellen Einheiten. Bottom-Up-Techniken werden bereits zur Biofunktionalisierung von Oberflächen (z.B. über Biomineralisation), zum Aufbau und zur Funktionalisierung komplexer Nanostrukturen (z.B. DNA-Gerüststrukturen) und zur Herstellung nanoskaliger Aktuatorsysteme (z.B. molekulare Motoren) oder Sensoren genutzt. Ein bedeutender Anwendungsbereich für die Nanobiotechnologie liegt in der Herstellung und Funktionalisierung biomimetischer Membranen als Reaktionskompartimente für biotechnische Produktionsverfahren.

Darüber hinaus wachsen Biologie, Mathematik und Informatik in zunehmendem Maße zusammen. Diese Interdisziplinarität erlaubt es, mithilfe von Modellen (Systembiologie) und Visualisierungen am Computer (Bioinformatik) die Komplexität lebender Systeme darzustellen und so zu reduzieren, dass der Griff in den Werkzeugkasten der Natur noch einfacher und zielgerichteter als bisher vonstatten geht.