Project

Industrielle Enzyme spielen eine zunehmend wichtigere Rolle bei biotechnologischen Herstellungsprozessen. Sie werden in der Lebensmittel-, Futter-, Reinigungsmittel-, Textil-, Papier-, der chemischen und Pharmaindustrie zur ressourcenschonenden und spezifischen Prozessierung von Synthesevorstufen oder Endprodukten eingesetzt.

Allerdings ist die Bereitstellung neuer Enzyme langwierig, teuer und führt häufig nicht zum gewünschten Ergebnis. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass mit den derzeit gängigen Screening-Verfahren nur geringe Durchsätze erreicht werden, womit die biologische Komplexität von Proteinen nicht angemessen abgebildet werden kann. Zudem ist die Expression von Proteinen in Mikroorganismen häufig arbeits- und zeitintensiv.

Das Projekt DARWIN adressiert diese Einschränkungen, indem die Biosynthese der Enzyme in zellfreien Lysaten erfolgt und das Screening über eine Segmented Flow-Technologie realisiert wird. Im Vergleich zur Zell-basierten Expression ist die zellfreie Proteinsynthese deutlich schneller (wenige Stunden anstelle mehrere Tage) und weist zudem eine höhere Erfolgsquote auch bei schwierig exprimierbaren Enzymen auf. Durch die Segmented-Flow-Technologie, bei das Screening der Enzym-Kandidaten in Tröpfchen in einer Wasser-in-Öl-Emulsion erfolgt, können deutlich höhere Durchsatzraten erreicht werden.

Durch die Verknüpfung von biotechnologischer, ingenieurwissenschaftlicher und sozio-ökonomischer Expertise zielt DARWIN darauf ab, eine innovatives und bedarfsorientiertes Verfahren zu entwickeln.

Das Fraunhofer ISI begleitet die biologisch-technischen Entwicklungsarbeiten durch ein Bündel an innovationsbegleitenden Maßnahmen.

Über die technologische Leistungsfähigkeit hinaus hängt der Erfolg einer neuen Technologie und ihre Markteinführung von vielfältigen Faktoren ab. Eine geeignete Markteintrittstrategie muss vielfältige Herausforderungen des komplexen Innovationsprozesses berücksichtigen. Deswegen sollte sie an das existierende Angebot, die konkreten Bedarfe der künftigen Anwender, die Markt- und Akteursnetzwerke sowie bestehende Rahmenbedingungen anknüpfen.

Das Fraunhofer ISI widmet sich diesen Fragestellungen, um eine bedarfsorientierte Verwertungsstrategie für DARWIN zu entwickeln und die biologisch-technischen Entwicklungen in ihrer strategischen Ausrichtung zu unterstützen.

Darüber hinaus wird auch die Erschließung zukünftiger Anwendungsfelder und Märkte berücksichtigt, um frühzeitig die Weichenstellung für eine maximale Wertschöpfung einzuleiten und somit langfristig auch Märkte, die sich durch hohe Wertschöpfungm, aber auch große Zugangshürden auszeichnen (z. B. in der pharmazeutischen Industrie, klinische Diagnostik), erschließen zu können.

Es werden die folgenden Arbeiten durchgeführt:

• Charakterisierung der Technologie-Landschaft und Benchmarking der DARWIN-Technologie
• Erhebung von Bedarfen der potenziellen Anwender
• Ausarbeitung geeigneter Geschäftsmodelle und Marktzugangsstrategien für DARWIN- unter Berücksichtigung spezifischer Kunden-Bedarfe, der Akteurslandschaft, der Marktsituation und der Rahmenbedingungen
• Ausloten von Alternativ-Verwertungsoptionen für die im Rahmen des Projekts entwickelten technologischen Komponenten

01/2016-12/2018

• Fraunhofer-Gesellschaft

• Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT