Die Entstehung der Weißen Biotechnologie

Bakterien spielen bei Fermentationsprozessen eine wichtige Rolle. Bild vergrößern
Bakterien spielen bei Fermentationsprozessen eine wichtige Rolle.

Die Weiße Biotechnologie ist im Grunde keine neue Disziplin, sondern nichts anderes als ein "Griff in die Werkzeugkiste der Natur". Methoden der Weißen Biotechnologie werden bereits seit Jahrtausenden genutzt. In zahlreichen Kulturen waren Methoden der Vergärung zuckerhaltiger Nahrungsmittel zu Alkohol mit Hilfe von Hefen, Milchsäuregärung unter Verwen­dung von Lactobacillus-Stämmen oder die Essigherstellung mit Hilfe spezieller Acetobacter-Spezies lange vor der Entdeckung von Mikroorganismen oder dem Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse etabliert.

Die Entdeckung der Mikroorganismen oder das Verständnis der biochemischen Grundlagen fermentativer Prozesse erfolgte erst im Verlauf der vergangenen drei Jahrhunderte. Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) beobachtete erstmals Mikroorganis­men mit Hilfe eines einlinsigen Mikroskops und fand in einer Bierprobe gelbe Hefekügelchen. Louis Pasteur (1822-1895) entdeckte 1856 in verunreinigten Weinfässern Mikroorganismen, die er nach ihrer Form mit dem griechischen Wort für Stäbchen „Bacterion“ benannte. Die ent­deckten Milchsäurebakterien (Lactobazillen) produzierten aus Zucker durch Gärung Milchsäure, während in den Weinfässern Hefepilze den Zucker zu Alkohol vergären sollten. Pasteur legte mit diesen Entdeckungen die Grundlage für das Verständnis von Fermentation beziehungsweise Gärung und begründete die moderne Mikrobiologie. Mit seiner Erkenntnis, dass "die Rolle des unendlich Kleinen in der Natur unendlich groß" ist, war der Weg für die moderne Biotechnologie bereitet.

Die Bedeutung der Mikroorganismen als Krankheitser­reger erkannte Robert Koch (1843-1910) als einer der ersten Wissenschaftler. Im Jahr 1876 gelang Koch die Entdeckung des Milzbrandbakteriums und 1882 die Identifizierung des Tuber­kuloseerregers. Zuvor galten nicht Mikroorganismen, sondern so genannte Miasmen – die Luft verunreinigende Gifte – als Krankheitsursachen. Die Entdeckungen von Nutzen und Gefahr durch Mikroorganismen erfolgten in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts fast parallel.

Die Aufklärung der chemischen Grundlagen von Stoffwechselreaktionen begann im 18. Jahrhundert als Chemiker beobachteten, dass eine Reaktion manchmal durch Einführung eines Stoffes beschleunigt werden konnte, dieser sich aber im Zuge der Reaktion nicht verbrauchte. Beobachtungen dieser Art häuften sich und zogen zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Aufmerksamkeit der Chemiker auf sich. Der schwedische Wissenschaftler Jöns Jakob Berzelius (1779-1848), der als Begründer der modernen Chemie gilt, schrieb im Jahre 1836 hierüber eine Abhandlung und schlug den Namen "Katalyse" für diese Erscheinung vor. Der Name ist aus dem Griechischen abgeleitet und bedeutet soviel wie "Abbau". Durch Beobachtungen gelang es, zu postulieren, dass chemische Prozesse in lebendem Gewebe nur deshalb unter sehr milden Bedingungen ablaufen, weil dort Katalysatoren vorhanden sind, die in der unbelebten Natur fehlen.

Bald konnten Stoffe aus Pflanzen und tierischen Geweben extrahiert werden, die mit den beobachteten Reaktionen in Verbindung gebracht und "Fermente" genannt wurden. Eines der ersten beschriebenen Fermente war das von dem deutschen Physiologen Theodor Schwann 1835 aus dem Magensaft extrahierte "Pepsin", benannt nach einem griechischen Wort für "verdauen". Weitere Fermente wurden entdeckt, und in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts wurde immer deutlicher, dass diese Fermente die Katalysatoren im lebenden Gewebe waren, die im Organismus Reaktionen ermöglichten, die Chemiker nicht zuwege brachten. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts erkannte man vor allem durch Versuche des deutschen Forschers Eduard Buchner, dass Fermente nicht-lebende Substanzen waren, die man aus Zellen gewinnen konnte und die ihre Arbeit auch im Reagenzglas verrichteten. Der Name "Enzyme" (aus dem Griechischen "in der Hefe") wurde von nun an auf alle Fermente angewandt.

Heute wird ein Enzym definiert als ein Eiweiß (Protein), das eine chemische Reaktion katalysieren kann. Enzyme sind essenziell für den Stoffwechsel aller lebenden Organismen. Der überwiegende Teil biochemischer Reaktionen, von der Verdauung (Beispiel: Pepsin) über den Energiestoffwechsel der Zellen, die Bewegung oder Informationsübertragung bis hin zum Kopieren der Erbinformation wird von Enzymen katalysiert und gesteuert.

Zur Redakteursansicht
loading content