Die Zukunft gestalten – mit
den Potenzialen der Biotechnologie

Die rasante Entwicklung der Biotechnologie

In den letzten Jahren hat die Entwicklung der Biotechnologie mit einer Vielzahl an neuen, bahnbrechenden Innovationen an Tempo zugelegt. Die Entwicklung der DNA-Sequenzierung hat die Sammlung biologischer Daten ermöglicht, um beispielsweise das menschliche Genom besser zu erforschen. Angetrieben von modernsten Technologien der Informationsverarbeitung wie dem Machine Learning und der künstlichen Intelligenz (KI) hat die Big-Data-Analyse von Organismen die tiefgehende Untersuchung und Modifizierung biologischer Funktionen beschleunigt. Dadurch wurde die Entwicklung immer fortschrittlicherer, effizienterer Biofunktionen ermöglicht. Die Evolution von Technologien zur Zellfusion und genetischen Modifizierung hat zu noch nie dagewesenen medizinischen Behandlungs- und Herstellungsmethoden geführt. Innovationen, die durch die Biotechnologie vorangetrieben wurden, sind bereits heute über den gesamten Globus verbreitet.

Im Jahr 2009 veröffentlichte die OECD eine Studie mit dem Titel „The Bioeconomy to 2030: Designing a Policy Agenda“. In dieser Studie wurde überlegt, wie man Herausforderungen globalen Ausmaßes bei gleichzeitiger Entwicklung der Wirtschaft durch den Einsatz von biologischen Ressourcen und der Biotechnologie lösen könnte. Seitdem wurde eine Vielzahl von Strategien zur Realisierung einer solchen „Bioökonomie“ vorgeschlagen. Angeführt werden diese Bemühungen durch Europa und die USA.

Der Begriff „Bioökonomie“ steht für die Verbindung der Biotechnologie mit einem nachhaltigen Wirtschaftskreislauf. In der Bioökonomie der EU werden über 18 Millionen Menschen beschäftigt und 2 Billionen Euro an Umsatz erwirtschaftet. Durch die Stärkung des Zusammenspiels zwischen Politik und Innovation in der Bioökonomie wird prognostiziert, dass bis 2025 ca. 800.000 Arbeitsplätze pro Jahr und 45 Mrd. € an Wertschöpfung entstehen könnten. Mit einer Beschleunigung der Umstellung auf biobasierte Produkte, Materialien und Kraftstoffe könnten bis zum Jahr 2030 bis zu 2,5 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalente pro Jahr eingespart werden. Darüber hinaus breiten sich diese Ansätze zur Förderung einer kohlenstoffarmen Gesellschaft in Großbritannien, Deutschland, Finnland und anderen Nationen aus.Besonders in den Vereinigten Staaten ist man bemüht, praktische Anwendungen für die Biotechnologie zu entwickeln und mit diesen gleichzeitig den Profit zu steigern. Bis 2030 will die US-Regierung eine nachhaltige jährliche Produktion von einer Milliarde Tonnen an Biomasse erreichen, bis zu 60 Milliarden Gallonen an Biokraftstoffen produzieren, sowie 30% des Erdölverbrauchs ersetzen, und über 90 Milliarden kWh an Strom erzeugen, um 8 Millionen Haushalte versorgen zu können. Prognostiziert werden ebenfalls, jährlich ca. 250 Milliarden US-Dollar an Umsatz direkt auf nationaler Ebene einzunehmen und über eine Million neue Arbeitsplätze zu schaffen. Es wird eine beträchtliche Ausweitung des Bioökonomie-Marktes erwartet, beginnend mit dem Einsatz und der Anwendung von Biotechnologien in der Landwirtschaft, im Gesundheitswesen und in der Industrie.

Biotechnologie in der Landwirtschaft

In der Landwirtschaft haben biotechnologische Innovationen bereits Fortschritte erzielt. Seit Beginn des kommerziellen Anbaus von gentechnisch modifizierten Nutzpflanzen (Grüne Gentechnik) im Jahr 1996 hat sich die Anbaufläche dieser Pflanzen um mehr als das 100-fache vergrößert. Die Grüne Gentechnik kommt mittlerweile in mehr als 25 Ländern zum Einsatz. Biotechnologisch veränderte Nutzpflanzen sind sehr resistent gegenüber Insekten und Krankheiten und überlegen in ihrer Fähigkeit, Dürren und Überschwemmungen zu widerstehen. Sie weisen auch eine deutlich verbesserte Langlebigkeit auf. Es wird zudem davon ausgegangen, dass dieser Fortschritt sowie die Produktion von ernährungsphysiologisch angereicherten Pflanzen, die Realisierung einer besseren Versorgungslage und einer stabilen Qualität von Nahrungs- und Futtermitteln ermöglichen wird. Damit wäre die Menschheit für das Problem des weltweiten Hungers und weiterer zukünftiger globaler Herausforderungen im Bereich der Ernährung bestmöglich gewappnet.

Biotechnologie im Gesundheitswesen

Im Bereich des Gesundheitswesens werden Biopharmazeutika, die bei der Behandlung von genetisch bedingten Erkrankungen und unheilbaren Krankheiten wertvoll sein könnten, als Schlüsseltechnologie in Bezug auf Marktgröße und Wachstumspotenzial angesehen. Von den zehn umsatzstärksten Pharmazeutika sind sieben Biopharmazeutika. Sie werden bei der Behandlung von Volkskrankheiten wie Krebs, Diabetes und Herzinfarkten, aber auch bei schwer behandelbaren Krankheiten wie AIDS, Parkinson und Multipler Sklerose eingesetzt und entfalten derzeit ihre Wirkung in der Behandlung von weltweit mehr als 350 Millionen Patienten.. Die praktische Anwendung neuer medizinischer Technologien wie der Gentherapie, um gesunde Gene in Zellen von Patienten einzuschleusen und Zelldefekte zu reparieren, sowie der regenerativen Medizin unter Einsatz von induzierbaren pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) gewinnt weiter an Aufschwung. Diese Biotechnologien ermöglichen grundlegende Behandlungen, die in der Vergangenheit nicht möglich waren, und führen zur Erhaltung und Förderung der Gesundheit bei. Sie spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle im Bereich der Präventivmedizin.

Biotechnologie im Industriesektor

Darüber hinaus wurden im Industriesektor, der den größten Anteil am Bioökonomie-Markt ausmacht, dank neuer biobasierter Materialien und Biokraftstoffe neue Produktionsabläufe ermöglicht. Die Fertigung von Hochleistungsmaterialien und die praktische Anwendung von Fertigungsverfahren, die nicht auf natürliche Ressourcen angewiesen sind, weisen den Weg in eine nachhaltige Zukunft. Es wird erwartet, dass der Einsatz neuer biobasierter Materialien dank hoher Produktivität und niedriger Kosten zu expandierenden Anwendungsgebieten für zukunftsweisende Materialien führen wird. So werden zum Beispiel Zellulose-Nanofasern, ein Superwerkstoff mit der fünffachen Festigkeit von Stahl bei nur einem Fünftel des Gewichts als Rohstoff, für viele verschiedene Anwendungsfälle wie beispielsweise bei der Gewichtsreduzierung von Flugzeugen und Kraftfahrzeugen in Betracht gezogen. Diese Nanofasern werden auf nachhaltige und umweltfreundliche Art und Weise aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz gewonnen. Und die Fähigkeit, Biokraftstoffe wie Biojet und Bioethanol effizient aus nachwachsenden Rohstoffen wie Biomasse zu produzieren, wird nicht nur zur Sicherung alternativer Energiequellen beitragen, sondern auch bei der Erreichung der CO2-Neutralität und der Eindämmung der Erderwärmung helfen.

Yokogawas Engagement in der Biotechnologie

Das Engagement von Yokogawa im Bereich der Biotechnologie begann vor etwa 30 Jahren in Form von Bestrebungen im Bereich der Zellforschung. Das Biotechnologiegeschäft steckte noch in den Kinderschuhen. Es mangelte an Erfahrung, nicht aber an Motivation. Durch die enge Zusammenarbeit mit Kunden und Universitätsforschern gelang es aber, die geforderten technischen Anforderungen zu verstehen. Die Forscher nahmen sich Zellen als Testobjekte vor und „untersuchten Zellen mit dem Ziel, etwas zu visualisieren, das mit bloßem Auge nicht zu sehen ist“. Aufbauend auf einer langjährigen Erfahrung in der Entwicklung von messtechnischen Geräten haben sich die Produkte von Yokogawa de facto zum Standard bei Geräten für die zelluläre Bildgebung entwickelt. Sie erfüllen damit die Wünsche von Kunden und Forschern, die „die Bewegung lebender Zellen beobachten“ wollen und leisten somit einen wesentlichen Beitrag zur Forschung im Bereich der Biotechnologie.

Entwicklung von Biopharmazeutika

In den letzten Jahren schreitet neben der Produktion von Arzneimitteln, die im Rahmen der traditionellen chemischen Synthese hergestellt werden, auch die Entwicklung von Biopharmazeutika voran. Diese werden unter Verwendung von lebenden Zellen hergestellt. Mit dem Ziel, auch in diesem Bereich neue Innovationen zu fördern, hat Yokogawa bereits mehrere Technologien etabliert, darunter die „Technologie zur Messung des Zellzustands“, die „Technologie zur Messung der Anzahl lebender Zellen“ und die „Technologie zur Vorhersage und Kontrolle des Zellstoffwechsels“. Um die Produktivität und Stabilität von Biopharmazeutika zu verbessern, arbeitet Yokogawa an einer Bioproduktionsplattform, die mit prädiktiver Regelungstechnik ausgestattet ist und Inline-Messungen sowie eine fortschrittliche Modellierung ermöglicht. Im Rahmen der lateralen Entwicklung mit Blick auf die Fertigungsindustrie und unter Verwendung der Zellkulturverfahren will Yokogawa auch in der Industrie zum weiteren Fortschritt beitragen. Hierbei wird ein neuartiges Fertigungssystem realisiert, das Lebewesen wie beispielsweise Mikroben oder Zellen in „Mikro-Fabriken“ transformiert.

Lebensmittelsicherheit

Im Zuge der fortschreitenden Globalisierung des Lebensmittelmarktes und der Zunahme von gentechnisch modifizierten Lebensmitteln sowie des wachsenden internationalen Handels mit landwirtschaftlichen Produkten wird das Thema Lebensmittelsicherheit für den Verbraucher immer wichtiger. Dies spiegelt sich u.a. in mittlerweile obligatorischen HACCP-Systemen („Gefahrenanalyse und kritische Kontrollpunkte“) wider. Bei Sicherheitsuntersuchungen, z. B. der Prüfung von Mikroorganismen auf Kontaminationen, sind jedoch Zellkulturen notwendig, um das Vorhandensein einer bakteriellen Kontamination festzustellen. Dieser Vorgang nimmt zwangsläufig etwa fünf Tage für die Kultivierung der Zellen in Anspruch und erfordert hohe fachliche Expertise im Bereich der Zellmanipulation. Yokogawa hat es sich auch hier zum Ziel gesetzt, Abhilfe zu schaffen. Das Unternehmen arbeitet an der Integration seiner bewährten Messtechnik mit neuen Errungenschaften aus der Gentechnologie, um eine schnelle, benutzerfreundliche Methode zur Prüfung von Mikroorganismen zu entwickeln. Die Einführung dieser Methode in die Praxis wird eine präzise Bewertung der mikrobiellen Kontamination vor Ort in nur 60 Minuten ermöglichen. Diese Technologie trägt nicht nur zu erheblichen Kostensenkungen für Hersteller von Lebensmitteln bei, sondern wird auch in einer Vielzahl von Anwendungen, wie der Verhinderung der Ausbreitung von Infektionskrankheiten an Flughäfen, zum Einsatz kommen können. Es wird erwartet, dass die Einführung dieser Technologie einen regelrechten Dominoeffekt auslösen wird.

Die fünfte industrielle Revolution

seizing_the_future-unleashing_the_potential_of_biotechnology Die Biotechnologie hat in den letzten Jahren riesige Fortschritte erzielt und bietet enormes Potenzial, zu weiteren Neuerungen und Innovationen epochalen Ausmaßes zu führen. So kann die Biotechnologie in der Zukunft die fünfte industrielle Revolution auslösen. Die Erwartungen sind hoch, dass die Biotechnologie einen bedeutenden Beitrag zur Lösung der globalen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts in den Bereichen Lebensmittelversorgung, Medizin, Energie und Umwelt sowie zur weiteren industriellen Entwicklung beitragen wird. Im Bereich der Bio-Innovation betreibt Yokogawa Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rahmen des grundlegenden Konzepts der „Co-innovation mit seinen Kunden“. Für Yokogawa ist es vollkommen klar, dass echter Fortschritt nur möglich ist, wenn eine enge Kooperation mit dem Kunden besteht, so dass Herausforderungen und Bedürfnisse umfassend erkannt, und Lösungen zusammen entwickelt und erprobt werden. Yokogawa hält weiter an seinen Bestrebungen fest, die Beziehungen zu seinen Kunden noch mehr zu stärken und gemeinsam neue Werte zu schaffen.