Biotechnologie

Biotechnologie, die technische Nutzung von Organismen (in erster Linie Mikroorganismen), Zellen und Zellbestandteilen sowie daraus gewonnenen chemischen Stoffen bzw. Molekülen (vor allem Enzymen) u. a. zu medizinischen Zwecken und zur Produktion von Nahrungsmitteln.

Schon vor mehreren tausend Jahren bedienten sich die Menschen – ohne die zugrunde liegenden Prinzipien zu kennen – der Biotechnologie, als sie erstmals Käse, Brot, Bier und Wein herstellten. Erst durch die Untersuchungen Louis Pasteurs und anderer Forscher gelang im 19. Jahrhundert der Nachweis, dass von Mikroorganismen verursachte biochemische Prozesse (insbesondere Gärungen) den biotechnologischen Reaktionen zugrunde liegen. Fortan diente die Biotechnologie verstärkt medizinischen Zwecken und zur Gewinnung chemischer Stoffe: So wurden beispielsweise in Großbritannien bereits 1910 Kläranlagen mit Belebtschlammbecken eingesetzt, in denen Mikroorganismen die Reinigung von Abwässern verbessern (siehe Abwasserreinigung und -entsorgung).

Wenige Jahre nach der Entdeckung des Penicillins 1928 ließ man von Mikroorganismen, aber auch von höheren Organismen wie Blütenpflanzen Antibiotika produzieren und setzte diese Arzneien gegen zahlreiche Infektionskrankheiten ein. Mitte des 20. Jahrhunderts lief dann die industrielle Produktion von Enzymen, Vitaminen und Aminosäuren mittels biotechnologischer Verfahren an. Auch Chemikalien wie Aceton, Butanol und Glycerin werden heute in großtechnischem Maßstab durch spezielle Gärungsprozesse produziert.

Die Biotechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts; sie wird in vielen Ländern durch intensive, stark anwendungsorientierte Forschung vorangetrieben. In der modernen Biotechnologie werden Methoden und Erkenntnisse aus Biochemie, Genetik, Mikrobiologie und Verfahrenstechnik herangezogen. Im Vergleich zu Produktionsverfahren der chemischen Industrie benötigen biotechnologische Verfahren meist deutlich weniger Energie und hinterlassen nur wenige Abfälle; außerdem sind die Ausgangsstoffe oft billig und liefern eine relativ hohe Ausbeute des gewünschten Produkts. Viele Prozesse der Lebensmittelindustrie (siehe Lebensmitteltechnologie) und der pharmazeutischen Industrie finden unter kontrollierten Bedingungen in Bioreaktoren statt.

Das Spektrum an Anwendungen der Biotechnologie ist äußerst vielfältig: In der Energiewirtschaft nutzt man z. B. Biogas, das von Mikroorganismen bei der Zersetzung von Biomasse produziert wird, als erneuerbaren Energieträger. Schwefel oxidierende Bakterien werden mancherorts zur Entschwefelung von Kohlevorkommen oder zur Reinigung kupferhaltiger Erze eingesetzt, auch Schwermetalle und Ölrückstände können von Bakterien zersetzt werden.

Der wohl wichtigste neue, aber auch am heftigsten umstrittene Teilbereich der Biotechnologie ist die Gentechnik, die durch gezielte Eingriffe in Erbanlagen transgene Organismen und gentechnisch veränderte Lebensmittel herstellt.