Oft gentechnisch verändert: Mikroorganismen produzieren Enzyme und
Zusatzstoffe
Mikroorganismen eignen sich gut für die industrielle
Produktion von Enzymen oder Zusatzstoffen. Denn sie sind flexibel
und können Stoffe auf vielseitige Weise umwandeln. Einzeller vermehren sich rasch und
sind meist einfach zu handhaben. Bei der Herstellung vieler
Wirkstoffe und Spezialchemikalien haben biotechnische Verfahren die
chemische Synthese abgelöst. Inzwischen werden dabei auch gentechnisch veränderte Stämme
eingesetzt.
Nicht nur Arzneimittel, Impfstoffe und
Feinchemikalien, sondern auch Enzyme, Zusatzstoffe und Vitamine für
die Lebensmittelindustrie werden mit Hilfe gentechnisch veränderter
Mikroorganismen hergestellt. Dieser Anwendungsbereich der Gentechnik wird
als "Weiße" oder "Graue Gentechnik" bezeichnet.
|
Zitronensäure wurde früher aus Zitrusfrüchten
gewonnen. Heute setzt man für die industrielle
Produktion den Pilz Aspergillus
niger ein (unten im Lichtmikroskop bei
400facher Vergrößerung,
Quelle: pixelquelle.de, enius.de)
Produktion im geschlossenen System:
Ein Mitarbeiter von DSM überwacht die Fermentation
von Vitamin B2. Quelle: DSM |
|
Dass solche Stoffe mit Hilfe von
Mikroorganismen hergestellt werden können, ist nicht neu. Doch erst
mit der Gentechnik sind viele biotechnische Verfahren wirtschaftlich
interessant geworden. Gezielte Eingriffe in die Gene haben die
Ergiebigkeit der jeweiligen Produktionsorganismen deutlich
gesteigert. Gegenüber der bisherigen chemisch-synthetischen
Herstellung haben biotechnische Verfahren in vielen Fällen
Umweltvorteile: Sie kommen ohne aggressive Chemikalien aus,
benötigen weniger Energie und nutzen nachwachsende Rohstoffe.
Rückstände aus der Produktion sind schnell abbaubar und belasten
kaum die
Abwässer.
Von Aminosäure bis Zitronensäure: Was
Mikroorganismen produzieren
Viele Substanzen können mit Hilfe von
gentechnisch veränderten Mikroorganismen hergestellt werden. So ist
der Einsatz von gv-Stämmen bei der Herstellung von Enzymen für die
Lebens- und Futtermittelwirtschaft schon nahezu Routine. Ein
weiteres Beispiel sind  Aminosäuren, die als Futtermittelzusatz und
in Lebensmitteln als Geschmacksverstärker oder in Aromapräparaten Verwendung finden. Ein Bestandteil des kalorienarmen
Süßstoffs Aspartam, die Aminosäure Phenylalanin, kann ebenfalls
biotechnologisch hergestellt werden.
Konservierungsstoffe wie
Nisin
und Natamycin, das Antioxidationsmittel
Zitronensäure, die Geschmacksverstärker
Glutaminsäure und
Inosinsäure, der Aromastoff
Vanillin sowie die
Vitamine B12, B2 und C
sind weitere Beispiele für eine mögliche Anwendung von gv-Mikroorganismen.
|
Fermentation im Bioreaktor
Die Gewinnung von Stoffen mit Hilfe von
Produktionsorganismen erfolgt in einem Fermenter, auch Bioreaktor
genannt. In diesem Edelstahltank können die Bedingungen optimal
eingestellt werden, sodass sich die Mikroorganismen rasch vermehren
und große Mengen der gewünschten Substanz bilden. Nach Ende der
Wachstumsphase wird der Stoff isoliert und gereinigt.
Manche Organismen geben den Stoff jedoch nicht in das Kulturmedium
ab, sondern bilden ihn innerhalb der Zelle. Dann ist die Gewinnung
etwas aufwändiger: Die Kulturen werden "geerntet", das gewünschte
Produkt freigesetzt und entsprechend aufgearbeitet. Störende
Nebenprodukte aus der Fermentation trennen die Hersteller vom
gewünschten Erzeugnis. Dann wird der Stoff mit Hilfe von modernen Methoden
auf Reinheit überprüft und schließlich konzentriert. Nach Abschluss
dieser Prozedur sind die Mikroorganismen und ihre Überreste im Endprodukt
nicht mehr vorhanden. Ihre Erbsubstanz DNA ist nicht mehr
nachweisbar.
Gentechnik bei Mikroorganismen: Höhere Ausbeute, einfache
Produktion
Die Gentechnik bietet verschiedene Ansätze, die zur Produktion
von Vitaminen, Enzymen, Aminosäuren oder anderen Wirkstoffen
eingesetzten Mikroorganismen zu "optimieren".
- Zum einen kann man die Ergiebigkeit der Mikroorganismen, die
einen bestimmten Stoff natürlicherweise herstellen, erhöhen. Dazu greift man in den
Regulationsapparat ein, indem man vor das Gen für den gewünschten
Wirkstoff einen "stärkeren"
 Promotor schaltet. Dadurch wird etwa ein Enzym in größerer Menge
hergestellt. Den gleichen Effekt kann man erzielen, wenn der
Promotor in mehrfacher Ausfertigung einbaut wird oder die
natürliche Regulation überlistet: Unter natürlichen Bedingungen
produzieren Mikroorganismen von einer Substanz nicht mehr als sie
benötigen und schalten die jeweiligen Stoffwechselaktivitäten ab.
- Außerdem kann das Gen für ein Eiweiß aus nicht kultivierbaren
Bakterien isoliert werden. Man überträgt es auf bekannte
Mikroorganismen, die einfacher zu handhaben oder anspruchsloser
gegenüber dem Nährmedium sind.
In der Praxis kann auch das
Nährmedium, welches Bakterien und Hefen im jeweiligen
Stoffwechselprozess verwerten, aus gentechnisch veränderten Quellen stammen.
Verschiedene Substrate (Proteine, Stärke,
Glukose) werden unter Umständen aus gentechnisch veränderten
Pflanzen wie Soja oder Mais gewonnen.
Mehr bei transGEN:
|
![[nach oben springen]](/images/icons/icon_gotop_9x9.gif){kind=icon}