Druckbare Biotechnologie

01.10.2013 - Deutschland

Zellen, biologische Schaltkreise und einzelne Biomoleküle organisieren sich selbst und agieren mit der Umwelt. Diese Fähigkeiten auch für flexible und wirtschaftliche biotechnologische Produktionssysteme zu nutzen, bildet den zentralen Aspekt des Projekts „Molecular Interaction Engineering“ (MIE). Ziel ist es, gedruckte biologische Schaltkreise und Katalysatoren zu entwickeln, die biologisch-technische Hybridsysteme ermöglichen. Das BMBF fördert MIE am KIT nun mit rund 3,5 Millionen Euro.

Die Fähigkeiten biologischer Systeme beruhen auf spezifischen Wechselwirkungen zwischen molekularen Komponenten. Beispiels-Weise erlauben Enzyme aufgrund molekularer Passgenauigkeit nur bestimmte chemische Reaktionen. Einige Proteine binden über spezifische molekulare Grenzflächen etwa an das Erbgut DNA oder an andere Proteine und steuern damit Prozesse in komplexen Organismen. Sensoren wiederum reagieren auf definierte molekulare Signale aus der Umgebung. Im Focus des Projekts MIE stehen die Wechselwirkungen von Molekülen, technischen Oberflächen und den umgebenden Lösungsmitteln.

„Komplexe biologische Mechanismen auf druckbare Systeme zu übertragen und damit innovative Technologien in der Biotechnologie zu schaffen, eröffnet neue Möglichkeiten für vielfältige industrielle Anwendungen“, erklärt Prof. Jürgen Hubbuch, Projektkoordinator am KIT. Jedoch stößt die herkömmliche, fortlaufende Evolution biologischer Moleküle an ihre Grenzen. Der Schlüssel zu innovativen Entwicklungen liegt daher im gezielten, passgenauen Konstruieren der Wechselwirkung zwischen komplexen Biomolekülen und der Fusion dieser Einheiten mit technischen Oberflächen. Dazu bedarf es einer engen Zusammenarbeit zwischen den Grundlagendisziplinen der Biologie, den Ingenieurwissenschaften, der Chemie und der Physik.

Das Projekt „Molecular Interaction Engineering“ (MIE) verbindet Methoden der Biotechnologie, der Strukturbiologie, der Materialwissenschaften, der Prozesstechnik und der Computersimulation. Ziel ist es, innovative, flexible und zugleich wirtschaftliche biotechnologische Produktionssysteme für Moleküle zu entwickeln. Diese könnten dann beispielsweise in Biohybridsystemen eingesetzt werden, bei denen biologische und elektronische Komponenten integriert sind. Biohybride Systeme erlauben neue Anwendungen in Lebensmitteltechnik, Molekularbiologie, medizinischer Diagnostik und pharmazeutischer Industrie.

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