Perfektionierung der biotechnologischen Produktion von Chitosanen

Forscher des EU-finanzierten Projekts NANO3BIO verwenden speziell optimierte Pilze, Bakterien und Algen, um umweltfreundlichen Chitosane zu produzieren, die als Rohstoffe für viele wichtige Anwendungen dienen.

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Gesundheit

Die Ölproduktion verlangsamt sich und damit werden erneuerbare Ressourcen immer wichtiger. In naher Zukunft muss die Produktion von biologischen Rohstoffen eine noch größere Rolle spielen, wenn wir der Forderung von Kunden und Industrie nach Umweltverträglichkeit gerecht werden wollen. Um diesen Übergang zur biologischen Produktion von Rohstoffen zu erleichtern, entwickelte das von der EU finanzierte NANO3BIO-Projekt ein Verfahren zur biotechnologischen Herstellung von Chitosanen. Das große Potenzial von Chitosanen Chitosane können als Rohstoffe in Landwirtschaft, Wasseraufbereitung, Kosmetik-, Pharma-, Papier- und Textilindustrie sowie für viele andere Anwendungen eingesetzt werden. Zum Beispiel eignet sich ein spezifischer Chitosan zur Behandlung von Samen, um sie vor Schädlingen und Krankheiten zu schützen und um reichere Ernten zu erzielen. Ein anderer wirkt als antibakterielles, filmbildendes Mittel in Sprühpflaster, das die narbenlose Wundheilung beschleunigt. In medizinischen Anwendungen können spezifische Chitosane den Transport von Medikamenten zu ihren Zielorten sicherstellen (z.B. im Gehirn oder in Krebszellen). "Chitosane werden üblicherweise mithilfe chemischer Methoden aus begrenzten Ressourcen wie Schalen von Krabben und Garnelen oder selten auch aus Pilzen oder Tintenfischschnäbeln gewonnen", erklärt der Projektforscher Achim Hennecke. "In den biotechnologischen Prozessen, mit denen sich NANO3BIO befasst, werden speziell optimierte Pilze, Bakterien und Algen die Produktion von Chitosanen übernehmen." Nach Hennecke profitieren diese sogenannten Chitosane der dritten Generation von definierteren oder sogar neuartigen Strukturmerkmalen, klar definierten biologischen Aktivitäten und bekannten zellulären Wirkungsweisen. Damit schaffen sie nicht nur neue Marktmöglichkeiten, sondern sind auch effizienter, umweltfreundlicher und kostengünstiger als die derzeit verfügbaren Methoden. Zahlreiche wichtige Durchbrüche NANO3BIO hat in einigen wichtigen Bereichen bereits Durchbrüche erzielt. So entwickelten die Forscher Protokolle zur Herstellung von Chitosanen mit besser definierten Strukturen und eine kostengünstige Protein-Engineering-Technologie zur Unterstützung der biotechnologischen Optimierung. Außerdem isolierten und identifizierten sie erfolgreich die ersten natürlichen, von Mikroalgen produzierten Chitosane. "Das Projekt identifizierte Gene aus verschiedenen Organismen, mit denen die biotechnologische Produktion von Chitin- und Chitosan-modifizierenden Enzymen angetrieben werden kann", erklärt Hennecke. "Diese wurden dann charakterisiert und für die biotechnologische Umwandlung von Chitin in neue, qualitativ hochwertige Chitosane verwendet." Beispielsweise entwickelten die NANO3BIO-Forscher elektrogesponnene Chitosan-Nanofasern und elektrogespritzte Chitosan-Nanopartikel als technologische Plattformen für die Kapselung und effiziente Freisetzung von Biowirkstoffen, Impfstoffen und Medikamenten. Außerdem erfanden sie thermosensitive Chitosan-Hydrogele, die vielversprechende Materialien für die Regeneration beschädigter Gewebe darstellen. Ein weiteres wichtiges Ergebnis des Projektes sind die bedeutenden Erkenntnisse zu Internalisierung von Chitosan-Nanokapseln in menschliche Zellen. Dieser Durchbruch verspricht die gezielte Verabreichung von Chemotherapeutika an der Stelle von Krebsmetastasen in einem sehr frühen Stadium. "Dieses Wissen legt den Grundstein für die Entwicklung effektiverer Therapien mit reduzierten Nebenwirkungen und einer besseren Lebensqualität für die Patienten", so Hennecke. Hennecke zufolge haben viele dieser Erfolge ein großes wirtschaftliches Potenzial. "Das NANO3BIO-Projekt hat ermutigende Ergebnisse erzielt", sagt er. "Da Chitosane nicht toxisch sind, hat das Projekt dazu beigetragen, eine umweltverträgliche europäische Wirtschaft aufzubauen und die Wettbewerbsfähigkeit von Europas Industrie und KMU zu stärken."

Schlüsselbegriffe

NANO3BIO, Chitosane, Proteintechnik, Rohstoffe

NanoBioEngineering of BioInspired BioPolymers

Perfektionierung der biotechnologischen Produktion von Chitosanen

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