Es ist effizient, Proteine außerhalb lebender Zellen zu produzieren. Fraunhofer
Insulin, Antikörper als Basis für Impfstoffe und Krebsmedikamente, Enzyme für die Lebensmittel-, Kosmetik und Waschmittelindustrie – schon heute lassen sich viele dieser Wirkstoffe in großem Maßstab biotechnologisch herstellen. Den größten Nachteil zellbasierter Verfahren nennt Projektleiter Prof. Frank Fabian Bier vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in Potsdam: „Zahlreiche Proteine lassen sich in Zellen schlecht oder gar nicht herstellen. Zum Beispiel Membranproteine, die in der pharmakologischen Forschung eine große Rolle spielen. Oder Proteine, die in hohen Konzentrationen die Zelle vergiften und eben deshalb für die Krebstherapie hilfreich sein könnten.“
Diese Probleme fallen bei den zellfreien Verfahren weg. Denn anstelle lebender Zellen wird dabei nur deren Syntheseapparat in Anspruch genommen: Zunächst lösen die Fraunhofer-Forscher die Zellen auf. So gewinnen sie ein Gemisch, auch Lysat genannt, das alle zur Proteinsynthese notwendigen Komponenten enthält. Dazu gehören neben Enzymen auch biologisch aktive Organellen und Membranteile, die den Zusammenbau der Proteine entsprechend ihrer genetischen Bauanleitung ausführen. Die gewünschten Gene kann man direkt dem Lysat zugeben. Sie müssen nicht mehr erst aufwändig ins zelleigene Erbgut eingeschleust werden.
Derzeit werden zwei Reaktorkonzepte für die industrielle Anwendung erprobt. Das eine besteht aus kleinen Synthesekammern, in denen das Lysat über eine teildurchlässige Membran mit frischen Reaktionsbestandteilen beliefert und zugleich von störenden Stoffwechselprodukten befreit werden kann. Durch dieses Ver- und Entsorgungssystem lässt sich die Proteinsynthese mehrere Tage lang aufrechterhalten. Das andere stellt eine mikrofluidische Plattform dar, auf der das Ablesen der Gene und die eigentliche Proteinsynthese – ähnlich wie bei Tieren- und Pflanzen – in getrennten Räumen stattfinden. Dieses System eignet sich besonders für Lysate aus Tier- und Pflanzenzellen.
Die Modellreaktoren sind das Ergebnis einer intensiven Zusammenarbeit von Biologen, Physikern, Maschinenbauern und Elektronikern aus den acht beteiligten Fraunhofer-Instituten.
(lei)
