Biotechnologie

Der wichtigste Unterschied zwischen der Biotechnologie und ihrer Vorgangerin, der Fermentationstechnologie, ist, daB die Fermentationstechnologie eine Samm­ lung kaum quantifizierbarer empirischer Erfahrungen darstellt, wahrend die Biotechnologie eine Sammlung immer noch empirischer aber quantitativ darstellba­ rer Beziehungen ist. Sie ist auf bestem Wege, Biotechnik zu werden, die in der Lage ist, mit Hilfe aligemeingOltiger Gesetze quantitative Voraussagen zu machen. Dies gilt sowohl fUr die Mikroorganismen als auch fUr Zell-Linien. FrOher wurden Produktionsstamme ausschlieBlich durch langwieriges Screening ausgewahlt und durch herbeigefUhrte Mutation und Screening mOhsam verbessert, jetzt werden sie zunehmend mit Hilfe der Gentechnologie gezielt verandert. Das Protein-Design ermoglicht eine ortlich gezielte Anderung der Proteine durch ent­ sprechende genetische Modifikation der MikroorganismenjZelien. Durch das Me­ tabolit-Design lassen sich die fUr die Produktion nachteiligen Stoffwechselwege eli­ minieren und erwOnschte Wege verstarken. Bei der industriellen Nutzung des vollen biologischen Potentiales der so gewon­ nenen Mikroorganismen und Zellen spielt die Analytik eine wichtige Rolle. Sie er­ moglicht, die Physiologie der Zellen genau zu erforschen und die Regulation des Stoffwechsels quantitativ zu erfassen. Weiterhin lassen sich durch die ProzeBanaly­ tik die fUr das Wachstum und fUr die Produktbildung optimalen ProzeBbedingungen einstellen und aufrechterhalten. Will man diese Informationen bei der Produktion zur ProzeBregelung nutzen, so ist eine On-line-ProzeBanalytik notwendig. Neben der On-line-Probeentnahme werden Verfahren mit kurzen Analysenzeiten, geringer Storanfalligkeit und groBer Zuverlas­ sigkeit benotigt.

1m 14. Jahrhundert kostete in England ein Pfund Zucker soviel wie 29 Pfund Butter oder 400 Eier. Zucker konnten sich nur die Wohlhabenden leisten. Erst gegen Ende des 17. J ahrhunderts, als sich die Schiffahrtswege in Rich­ tung Osten offneten, wurde Zucker erschwinglicher. Zuckerrohr ist in Indien zwar seit mehr als 2000 Jahren bekannt, aber es war niemals preiswert. Der Preis fUr ein Pfund Zuckerrohr entsprach dem Preis fUr einen gut en Liter Rotwein! Mittlerweile ist der Zuckerverbrauch stark angestiegen und der jahrliche Zuckerverbrauch in GroBbritannien mit etwa 40 kg pro Kopf nimmt im weltweiten Vergleich einen Spitzenplatz ein. Der jahrliche welt­ weite Durchschnittsverbrauch pro Kopf liegt bei etwa 20 kg, in China sogar nur bei etwa 7 kg pro Person (was allerdings nicht mit der geringen Nach­ frage zusammenhiingt). Den Eskimos fehlt das Enzym Sucrase, das den Rohrzucker wahrend der Verdauung abbaut. Sie kamen erst vor kurzem mit Zucker in Beruhrung. Mehr als 90 % der Weltproduktion wird bezuglich Produktionsmenge und Preis aus politischen Grunden kontrolliert. Und den­ noch ist Rohrzucker im internationalen Handel ein sehr bedeutender Roh­ stoff. Der Geschmack von Rohrzucker ist beim Verbraucher offensichtlich sehr beliebt und er ist einer der wenigen chemischen Stoffe, die in groBen an den Kaufer abgegeben werden. In den letzten Jahren ging Mengen direkt der Trend bei den privaten Kiiufen dahin, daB in immer geringerem Umfang unverarbeitete Nahrungsrohstoffe (z. B. Mehl) gekauft wurden und dafUr in immer groBerem AusmaB Fertigprodukte.

Biosensoren vereinigen so inkompatible Welten wie Molekularbiologie und Elektronik. Das Potential für Anwendungen von Biosensoren ist enorm hoch und reicht von der Messung der Ölverschmutzung unserer Weltmeere bis zur Bestimmung des Glucosespiegels im Blut. Das vorliegende Buch gibt zunächst eine Einführung in die Molekularbiologie und Biochemie, soweit dies zum Verständnis der Biosensor-Technologie notwendig ist. Es werden dann die verschiedensten Biosensor-Typen sowie deren wissenschaftliche und kommerzielle Anwendungen beschrieben.

Kinetisches Modelling ist ein wesentliches Werkzeug in der biotechnologischen Forschung und Entwicklung. Die komplexen Systeme, die in einem Reaktionskessel während der Fermenta- tion mittels Zellkulturen entstehen, können unmöglich unter jeder nur denkbaren Kombination von Reaktionsbedingungen ge- testet werden. Hierzu werden das Wissen und die Anwendung der Reaktionskinetik sowie der zugehörigen mathematischen Techniken benötigt. Das vorliegende Lehrbuch gibt eine grundlegende, leicht verständliche Einführung in das Modelling der Fermentationskinetik. Der Leser kann im Selbststudium lernen, wie eine simple mathematische Beschreibung eines Prozesses konstruiert wird und wie geeignete Modelle ausgesucht, kombiniert und verändert werden können.

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I. Naturwissenschaftliche Zusammenhänge zur Biotechnologie Einleitung: Biologie - allgemeine Naturwissenschaft - Technik.- 1. Biologie, eine Einführung für Ingenieure.- II. Technisch-industrielle Anwendung der Biotechnologie.- 2. Nutzung der Biologie im technisch-industriellen Maßstab.- 3. Überproduktion der Zelle: die industrielle Biotechnologie.- 4. Prozeßführung von Fermentationen.- 5. Aufarbeitungstechnik, eine Übersicht.- 6. Technisch-industrielle Prozesse.- III. Perspektiven und Risiken.- 7. Perspektiven der Biotechnologie.- Literatur.- Sachwort- und Namensverzeichnis.

Biotechnology is a clearly multidisciplinary field involving biochemistry, molecular biology, genetics, immunology, microbiology, pharmacology, fermentation, agriculture, to name just a few. Each of the contributing subject areas brings its own special vocabulary and nomenclature standards and considerable difficulties of communication is the result. This book summarizes the status of the terminology in the various discipline that make up biotechnology.