Moderne biotechnologische Produktionsverfahren halten zunehmend Einzug in verschiedene Industriebranchen. Das BMBF treibt die Entwicklung zukunftsweisender Schlüsseltechnologien für die Bioindustrie weiter voran. 2020 startete die Förderinitiative „Zukunftstechnologien für die industrielle Bioökonomie“. Eine Serie von Fördermaßnahmen widmet sich dabei unterschiedlichen Themen. Biologisches Wissen soll verstärkt in neuartige, innovative Plattformtechnologien und Verfahrenskonzepte überführt werden, um biotechnologischen Verfahren und Dienstleistungen neue Anwendungspotenziale zu eröffnen und sie so für den Einsatz in der Industrie attraktiver zu gestalten. Gefragt sind kreative Ideen und interdisziplinäre Forschungskonsortien, die Biotechnologie mit anderen Spitzentechnologien wie Nanotechnologie, künstliche Intelligenz, Robotik oder den Ingenieurswissenschaften verknüpfen. Die Nutzung von Synergien und Schnittstellen zwischen den unterschiedlichen Fachdisziplinen soll gerade im Hinblick auf die Erforschung und Entwicklung von neuen Zukunftstechnologien weiter vorangetrieben werden. Das Ziel sind kostengünstige, effektive und nachhaltige Bioprozesse.

Zukunftstechnologie auf dem Plan

Die erste Ausschreibung konzentrierte sich auf die Entwicklung innovativer biohybrider Technologien. Biohybride Erfolgsbeispiele, die bereits ihren Weg in die kommerzielle Anwendung gefunden haben, sind etwa neuartige Sequenzierungs-Geräte der dritten Generation. Diese haben die Technik zur Sequenzierung ganzer Genome auf Basis biohybrider Systeme auf die Größe eines USB-Sticks reduziert. Weitere Anwendungsfelder sind etwa Ansätze zur künstlichen Photosynthese oder innovative Verfahren zur Stofftrennung. Neue Produkte und Prozesse sollen so aus der Verbindung biologischer Komponenten wie Nukleinsäuren, Proteinen, Peptiden oder ganzen Zellen mit technischen Komponenten wie Polymeren, Oberflächen oder anderen Materialien entstehen.

Schon 2011 förderte das Forschungsministerium die „Basistechnologien für eine nächste Generation biotechnologischer Verfahren“. Dabei erforschten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Biologie und den Ingenieurswissenschaften, aber auch Chemie, Biophysik oder etwa Informatik die Basis für neuartige, damals noch nicht im Produktionsmaßstab realisierbare Verfahren.

Basistechnologien von morgen

Die Vielfalt der verfolgten Ansätze war groß. Mehrere Projekte loteten etwa das Zukunftspotenzial der Elektrobiotechnologie aus. Hier wird der Stoffwechsel von Mikroorganismen mithilfe von Elektrizität angetrieben. Unter anderem können Mikroorganismen damit aus dem Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) organische Verbindungen wie Chemikalien oder Treibstoffe herstellen. Bioelektrochemische Verfahren gelten nicht nur als umweltfreundlich, sondern helfen auch, die Produktion kosteneffizienter zu gestalten. Bei anderen Forschungsprojekten stand ebenfalls CO2 als Rohstoffquelle im Fokus. Sie zielen darauf ab, Prozesse der Photosynthese im Labor nachzustellen und auf diesem Weg Lichtenergie und CO2 in energiereiche chemische Verbindungen umzuwandeln.

Mikrobielle Biofabriken

Die Vielfalt an Stoffwechselpfaden im Bereich der Mikrobiologie dient als Grundlage der Fördermaßnahme „Mikrobielle Biofabriken für die industrielle Bioökonomie“. Bereits heute werden biotechnologische Verfahren zur Herstellung unterschiedlicher Produkte wie Feinchemikalien oder Biopharmazeutika eingesetzt. Diese beruhen auf den Stoffwechselleistungen einzelner Mikroorganismen, die für die spezifischen Anforderungen der industriellen Produktion angepasst wurden. Die Maßnahme zu den mikrobiellen Biofabriken umfasst drei thematische Schwerpunkte. In den ersten beiden werden neue Mikroorganismen für die industrielle Produktion identifiziert und charakterisiert sowie neue und bereits genutzte Mikroorganismen zu Plattform-Organismen für den Einsatz in der Industrie weiterentwickelt. Schwerpunkt drei dient der Entwicklung neuartiger Verfahrenskonzepte und Technologien zur Kultivierung dieser Plattform-Organismen.

Kreativer Nachwuchs forscht für die Bioökonomie

2022 ging die erste Runde einer Fördermaßnahme für den kreativen Nachwuchs an den Start. Ziel ist es innovative Anwendungen für die Bioökonomie zu erschließen, in denen die Nachhaltigkeit von Beginn an mitbedacht wird.