Der Regenbogen der Biotechnologie

Laut Definition der Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) ist Biotechnologie die Anwendung von Wissenschaft und Technik auf lebendige Organismen sowie deren Teile, Produkte und Modell, um belebte oder unbelebte Materialien für die Herstellung von Wissen, Gütern und Dienstleistungen zu verändern ("The application of science and technology to living organisms, as well as parts, products and models thereof, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services")

Die Biotechnologie hat als aufstrebendes Wissenschafts- und Wirtschaftsfeld in den letzten Jahren nicht nur eine große Mengen an theoretischem Wissen über biologische Prozesse gesammelt, sondern diese Forschungen bereits in die Praxis übertragen und eine ganze Reihe innovativer Produkte auf den Markt gebracht. Ziel der Biotechnologie ist allgemein, Produkte für das tägliche Leben durch biologische Prozesse und Organismen herzustellen. Zu den erhofften Vorteilen dieser Verfahren gehören Kostenersparnisse, Umweltverträglichkeit, Sicherheit und Produktreinheit.

Da sich die Anwendungsmöglichkeiten biologischer Verfahren auf die unterschiedlichsten Technologiesektoren erstrecken, hat sich dieses weite Feld in Unterkategorien aufgeteilt. Zur einfachen Unterscheidung werden die unterschiedlichen Anwendungsgebiete durch Farben gekennzeichnet. Die klassischen Vertreter, die Grüne, Weiße und Rote Biotechnologie, sind relativ geläufige Begriffe, doch inzwischen gibt es auch Zuordnungen, die bereits die Blaue, Braune, Graue und Gelbe Biotechnologie umfassen. Im Folgenden wird daher die Farbskala der Biotechnologie kurz anhand ihrer Themengebiete und ausgewählter Anwendungsbeispiele vorgestellt.

Grüne Biotechnologie - Hohe Erträge und resistente Pflanzen

Grüne Biotechnologie dient der Veränderung von Pflanzen zur Verbesserung von deren Eigenschaften oder zur Übertragung neuer Eigenschaften.
Die Grüne Biotechnologie ist wohl die populärste bzw. unpopulärste Richtung der Biotechnologie. Der Ansatz der Grünen Biotechnologie ist die gezielte Veränderung von Pflanzen, um deren Eigenschaften an einen bestimmten Bedarf anzupassen. Die bekanntesten Beispiele sind die Versuche, Pflanzen gegen Schädlinge, Krankheiten oder ungünstige Witterungsbedingungen abzuhärten. Daneben versucht man, Wachstumszeiten zu verkürzen oder die Erträge zu erhöhen.

Während in Europa die Haltung gegenüber genmanipulierter Nahrung nach wie vor sehr skeptisch ist, gehören in den USA Lebensmittel aus gentechnisch veränderten Pflanzen wie Mais, Soya etc. bereits zum Alltag. Die nicht kennzeichnungspflichtigen Produkte finden sich inzwischen im üblichen Warenbestand der Supermärkte. Doch nicht nur der Konsum von Lebensmitteln aus biotechnologisch veränderten Pflanzen wird kritisch gesehen, Besorgnis herrscht bereits bei der Freisetzung von entsprechendem Saatgut. In Deutschland beschränkt beispielsweise das zurzeit gültige Haftungsgesetz daher massiv die Entwicklungsmöglichkeiten der Grünen Biotechnologie. Die Sorge gilt potentiellen Nebenwirkung genetisch veränderter Pflanzen und deren potentiell unkontrollierte Ausbreitung bei Freilandversuchen Auf der anderen Seite sehen Befürworter der Grünen Biotechnologie Vorteile in einer gezielten Modifizierung von Pflanzen anstelle der sonst üblichen zufälligen Mutation und anschließenden Auswahl ertragreicher Mutanten.

Tatsächlich lassen sich mit der Grünen Biotechnologie aber noch weitreichendere Veränderungen vornehmen, so dass in den USA beispielsweise an Tabakpflanzen geforscht wurde, die weniger Nikotin enthalten. Ebenfalls in der Entwicklung sind Pflanzen für medizinische Anwendungen. So werden beispielsweise Kartoffeln gezüchtet, die Hüllproteine von Krankheitserregern enthalten. Die entsprechenden Krankheiten können durch diese Kartoffeln nicht ausgelöst werden, da nur Bausteine der Hülle enthalten sind, allerdings können diese das Immunsystem aktivieren. Somit eröffnet sich ein einfacher und preiswerter Weg für Impfungen.

Rote Biotechnologie - Neue Medikamente und Heilmöglichkeiten

Rote Biotechnologie behandelt medizinische Anwendungen von der Diagnostik bis zur Therapie.
Im Gegensatz zur Grünen Biotechnologie konzentriert sich die Rote Biotechnologie auf den Menschen und sucht nach Lösungen für medizinische Fragen und Probleme. An erster Stelle geht es dabei um die Entwicklung neuartiger Medikamente, um Krankheiten oder genetisch bedingten Defekte zu heilen. Vor allem bei Krankheiten, bei denen klassische Medikamente und Verfahren bisher keine oder nur begrenzte Heilungsmöglichkeiten liefern, kommt die Rote Biotechnologie zum Einsatz. Insbesondere die Bekämpfung der verschiedenen Krebserkrankungen durch gezielte Eingriffe in die Steuerungsmechanismen des Tumorwachstums ist das Ziel vieler dieser diversen Forschungsansätze.

Bei der Behandlung von Tumoren, aber auch bei anderen medizinischen Verfahren ist ein wichtiges Teilziel der gezielte Einsatz des Medikaments, bei dem der Wirkstoff nur im erkrankten Gewebe freigesetzt wird, um den restlichen Körper nicht unnötig zu belasten. Auch wenn besonders in der Krebsforschung große Hoffnungen in diese Drug-Delivery-Systeme gesetzt werden, sind sie nicht auf dieses Teilgebiet beschränkt.

Aber nicht nur Krankheiten sollen durch die Rote Biotechnologie geheilt werden, auch die Regeneration körperlicher Schäden soll dadurch möglich werden, dass mit Hilfe von Tissue Engineering Gewebe gezüchtet wird, das sich zur Transplantation für den Patienten eignet. Durch das Klonen des Gewebes vom Patienten ließe sich eine optimale Verträglichkeit sicherstellen.

Ein weiteres Feld der Roten Biotechnologie setzt noch einen Schritt früher, nämlich bei der Diagnose an. Biotechnologische Verfahren können dazu verwendet werden, schnell und zuverlässig Krankheiten und genetische Defekte aufzuspüren und auch die Anfälligkeit für bestimmte medizinische Probleme bereits im Vorfeld zu erkennen.

Mit diesem umfangreichen Profil von der Diagnostik bis zur Therapie lässt sich der Roten Biotechnologie eine große Rolle in der zukünftigen Medizin zuordnen.

Weiße Biotechnologie - Mikroorganismen im Dienste der Industrie

Weiße Biotechnologie (manchmal auch als Graue Biotechnologie bezeichnet) nutzt biologische Mittel für die Optimierung industrieller Prozesse.
Im Vergleich zu den beiden vorherigen Ausprägungen der Biotechnologie bleibt der Einsatz der Weißen Biotechnologie aus Sicht der Öffentlichkeit eher im Hintergrund. Weiße Biotechnologie findet bei Industrieprozessen ihre Anwendung, bei denen lebende Zellen als Zellfabriken eingesetzt werden, um bestimmte Produkte im Industriemaßstab herzustellen. Eines der bekanntesten Beispiele ist die Herstellung von Insulin durch transgene Bakterien, die bereits in den 80er Jahren möglich wurde. Anstatt Insulin aus den Bauchspeicheldrüsen von Schweinen zu gewinnen, kann dieser Rohstoff durch Bakterien produziert werden. Antibiotika, Impfstoffe, Proteine oder Vitamine sind weitere Stoffe, die sich auf diesem Weg in großen Mengen herstellen lassen. Die Herstellung mancher Produkte, für die mit klassischen Verfahren schwierige und potentiell gefährliche Bedingungen mit hohen Temperaturen und Drücken angewendet werden müssten, ist bei Verwendung von biologischen Organismen oder Enzymen als Biokatalysatoren unter Normalbedingungen zu realisieren.

Aber auch Rohstoffe, die aus erneuerbaren Quellen bzw. aus der Biomasse stammen, sind Produkte der Weißen Biotechnologie. Stärke, pflanzliche Öle, Cellulose etc. lassen sich zu Fasern, Chemikalien oder Kraftstoffen umsetzen. Bioalkohol, also Ethanol, der aus biologischen Quellen gewonnen wird, lässt sich beispielsweise als alternativer Kraftstoff nutzen. Umweltverträglichkeit und Energieeinsparungen sind neben Kosteneinsparungen zwei weitere Ziele der Weißen Biotechnologie. So ermöglichen zum Beispiel Enzymzusätze in Waschmitteln die Senkung der Waschtemperatur und damit des Energieverbrauchs.

Blaue, Graue, Braune und Gelbe Biotechnologie - Die Nebenfarben der Biotechnologie

Blaue Biotechnologie setzt ihren Schwerpunkt auf die technische Verwendung von Prozessen und Organismen der marinen Biologie.
Graue, Braune und Gelbe Biotechnologie sind noch nicht eindeutig definiert und bezeichnen unterschiedliche Anwendungsbereiche.
Neben den drei etablierten Richtungen der Biotechnologie gibt es noch kleinere Themengebiete, die sich um ein eigenes Profil bemühen. Oftmals ist aber die Nomenklatur nicht allgemein einheitlich, so dass sich die verwendeten Farben manchmal mischen.

Die Namensgebung der Blauen Biotechnologie ist jedoch klar definiert. Fokus dieser Disziplin sind die biologischen Organismen der Weltmeere. Insbesondere Bakterien, die in den großen Tiefen der Meere und unter extremen Bedingungen leben, werden als mögliche Quelle für biologische Substanzen, die sich für neue Medikamente verwenden lassen, gesehen. Während normale Enzyme, wie sie auch die Weiße Biotechnologie verwendet, bei zu hohen Temperaturen denaturieren, funktionieren die Biokatalysatoren von Tiefseebakterien auch in der Umgebung heißer Tiefseeschlote. Auch das Wachstum der Außengerüste von Schwämmen und Kieselalgen ist für die Blaue Biotechnologie interessant, da man sich davon Mechanismen erhofft, mit denen man Industrieprodukte gezielt in bestimmte Formen wachsen lassen kann.

Die Abgrenzung der Grauen Biotechnologie fällt hingegen schon schwieriger aus, da diese Bezeichnung oft als Synonym für die Weiße Biotechnologie verwendet wird. Eine etwas differenziertere Unterscheidung ordnet die Prozesse mit Hilfe genetisch veränderter Organismen der Weißen Biotechnologie zu, während die Graue Biotechnologie klassische Vorgänge wie z. B. die Fermentierung beinhaltet. In einer anderen Leseart wird bei der Grauen Biotechnologie die Betonung auf umweltschonende Verfahren gelegt bzw. alle Bestrebungen, Biotechnologie für den Umweltschutz einzusetzen, unter diesen Oberbegriff zusammenfasst. Zu den Konzepten für den Umweltschutz gehören beispielsweise Mikroorganismen oder Pflanzen, die Schadstoffe aus dem Boden extrahieren. Klassischerweise würden bei dieser Definition auch Klärwerke, die Mikroorganismen zur Abwasserreinigung nutzen, der Grauen Biotechnologie zugeordnet. Allerdings wird die auf Umweltschutz ausgerichtete Disziplin manchmal auch als Braune Biotechnologie bezeichnet.

Für die Gelbe Biotechnologie findet man vereinzelt Definitionen als die Biotechnologie der Lebensmittel oder der Herstellung von chemischen Grundstoffen. Da beide Bereiche aber unter die übergeordneten Felder der Grünen und Weißen Biotechnologie fallen, ist hier eine weitere Differenzierung bisher noch nicht konsequent erfolgt.

Ein wachsendes Spektrum

Mit der immer weiter fortschreitenden Spezialisierung der Biotechnologie ist es wahrscheinlich, dass sich das Spektrum der Unterdisziplinen weiter aufspalten wird. Bisher gibt es drei große Grundfarben, die jedoch bereits genügend Unteraspekte beinhalten, dass eine weitere Differenzierung wahrscheinlich ist. Dies ist insbesondere für die Bereiche zu erwarten, die an der Grenze von zwei oder mehr Farben liegen, denn das Beispiel der oben genannten Kartoffel zu Impfzwecken ließe sich je nach Betrachtung sowohl der Grünen als auch Roten Biotechnologie zuordnen.