Forschen, was dem Menschen dient

In seinem Labor experimentieren Prof. Dr. Andreas Liese und sein Team im kleinen Maßstab. In der Industrie fi ndet die Biokatalyse dann in großem Stil statt. Foto: Wolfgang BeckerIn seinem Labor experimentieren Prof. Dr. Andreas Liese und sein Team im kleinen Maßstab. In der Industrie fi ndet die Biokatalyse dann in großem Stil statt. Foto: Wolfgang Becker

Das TUHH-Institut für Technische Biokatalyse: Prof. Dr. Andreas Liese entwickelt technische Verfahren für den Einsatz von biologischen Helfern

E s ist gerade mal acht Jahre her, dass der Brand und der anschließende Untergang der Ölplattform Deepwater Horizon im Golf von Mexiko zur weltweit schlimmsten Umweltkatastrophe dieser Art führte. Mehrere Monate lang strömten täglich mehrere Millionen Liter Rohöl aus dem Bohrloch in den Golf – der Ölteppich bedeckte nach einiger Zeit eine Fläche von fast 10 000 Quadratkilometern. Bei der anschließenden Aufarbeitung und auf Grundlage der doch recht diffusen Mengenangaben kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass etwa 30 Prozent des ausgetretenen Öls verschwunden sein mussten. Eine mögliche Erklärung: Der giftige Stoff wurde durch ein System von Mikroorganismen abgebaut – ein Fall für Prof. Dr. Andreas Liese, Leiter des TUHH-Instituts für Technische Biokatalyse. Er entwickelt in Kooperation mit anderen Instituten technische Verfahren, die natürliche Prozesse in der Biokatalyse auf einen industriellen Standard bringen. Einfach ausgedrückt: „Wir entwickeln die Maschine, die den Kaffee kocht.“

Ölpest und Plastikstrudel

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Die Fähigkeiten von Mikroorganismen sind vielfältig und dazu geeignet, völlig neue Räume im großen Gebäude der Wissenschaft zu öffnen. Der Abbau von Rohöl ist nur ein Beispiel. Ein großes Thema, dass die Wissenschaft derzeit beschäftigt, sind die gigantischen Plastikstrudel, die auf den Ozeanen treiben und mittlerweile eine ernste Bedrohung für die Ökosysteme darstellen. Dabei geht es nicht nur um die in einer Plastiktüte verendete Meeresschildkröte, sondern insbesondere auch das Thema Mikroplastik in der Nahrungskette – was von den Zivilgesellschaften achtlos weggeworfen wurde, landet irgendwann unsichtbar im Fischfilet wieder auf dem Teller und damit im menschlichen Organismus. Wie wäre es also, Plastik im Rahmen einer technischen Biokatalyse abzubauen oder alternative bioabbaubare Plastikmaterialien zu entwickeln? Andreas Liese: „Das sind aktuelle Fragen, mit denen wir uns im Verbund mit anderen Wissenschaftlern befassen.“

Ein eigener Kosmos

Der gebürtige Kölner lehrt und forscht seit 2005 an der TU Hamburg. Er sagt: „Wir führen an unserem Institut keine isolierten Projekte durch, sondern arbeiten immer in Kooperation mit anderen.“ Gerade diese Konstellation liegt ihm besonders, denn: „Chemiker, Biotechnologen, Biologen und Ingenieure sprechen alle verschiedene Sprachen. An dieser Schnittstelle zu arbeiten und die Dinge zusammenzufügen, das motiviert mich. Und das sollen auch meine Studenten und Mitarbeiter mitnehmen. Ein zweiter Punkt ist die interkulturelle Zusammenarbeit. Allein an meinem Institut haben wir ein halbes Dutzend Kulturen und Nationalitäten. Daraus entstehen immer neue Blickwinkel. Das ist spannend. Mir ist wichtig, dass wir hier dienliche Forschung für Menschen machen, dass wir motivieren und Teamgeist entwickeln. Mein Ziel ist es, junge Menschen auszubilden, die Charakter und Standing haben und die interdisziplinär arbeiten können.“

Diese eher weichen Faktoren sind die eine Seite, die Arbeit am Projekt ist die andere. Biokatalysatoren sind vielfältig anwendbar und im alltäglichen Leben vielfach präsent. Viele Hautcremes beinhalten Biokatalysatoren. Pharma, Kosmetik, Chemie, Food oder die eingangs genannten Einsatzgebiete machen deutlich: Hier herrscht ein eigener Kosmos. Andreas Liese: „Wenn wir uns ein Glas Hefeweizen anschauen, dann sehen wir, wie sich unten die Hefe absetzt. Sie hat aus Zucker Alkohol gemacht. Dafür nutzen wir Biokatalysatoren, Enzyme, die diese Umwandlung ermöglichen. Tatsächlich enthält eine Hefezelle mehr als 3000 verschiedene Biokatalysatoren. Die wollen wir uns für verschiedenste Anwendungen nutzbar machen. Unsere Aufgabe ist es, dafür die technischen Anlagen zu entwickeln.“

Ein Ziel: Bio-Weichmacher

Ein anderes Beispiel: Um ein Medikament herzustellen, sind im Durchschnitt zwölf chemische Syntheseschritte nötig. Liese: „Wir arbeiten daran, Prozesse zu entwickeln, die die Zahl der Schritte reduzieren, indem mehrere zusammengefasst werden. Das erreichen wir durch den gezielten Einsatz von Biokatalysatoren. Die Herstellung wird dadurch schlanker und kostengünstiger.“

Im eigenen Labor sind die Mengen, mit denen der Professor und sein Team experimentieren, eher klein. Manchmal handelt es sich nur um wenige Liter, das maximale Volumen ist bei 14 Litern erreicht. Die Skalierung auf Großmengen erfolgt in der Industrie. Die Ziele werden gemeinsam mit den wissenschaftlichen Kooperationspartnern festgelegt oder von den Auftraggebern vorgegeben. Zum Beispiel: Eine Hautcreme soll nicht sichtbar sein, die Haut nicht reizen, schnell einziehen und auch noch einen definierten Pflegeeffekt haben. Doch wie geht das eigentlich? Welche Herstellungsverfahren der Inhaltsstoffe müssen im Hintergrund entwickelt werden, um die gewünschte Produktqualität zu erreichen?

Ein anderes Top-Thema: „Selbst der Laie kennt die Diskussion über die Weich­macher in Kunststoffen. Eine gelbe Quietsche-Ente hat einen hohen Weichmacheranteil – deshalb lässt sie sich so leicht zusammendrücken. Doch Weichmacher stehen stark im Verdacht, gesundheitsschädlich zu sein. Aktuell haben wir eine große Diskussion darüber, ob und wie es gelingen kann, nachhaltige Weichmacher zu produzieren. Die Bio-Weichmacher sind sogar ein Förderprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Unser Part ist auch hier die technische Umsetzung“, sagt Liese. wb