Biotechnologie im 20. Jahrhundert

Die groß technische Herstellung von Butanol und Aceton durch Fermentation des Bakteriums Clostridium acetobutylicum wurde 1916 von dem Chemiker und spä teren israelischen Staatsprä sidenten Charles Weizmann beschrieben und entwickelt. Es handelte sich hierbei um die erste Entwicklung der Weiß en Biotechnologie. Das Verfahren wurde bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts angewendet, danach aber durch die wirtschaftlichere petrochemische Synthese aus der Propen-Fraktion des Erdö ls abgelö st. Die Herstellung von Citronensä ure erfolgte ab dem Jahr 1920 durch Oberflä chenfermentation des Pilzes Aspergillus niger. Im Jahre 1957 wurde erstmals die Aminosä ure Glutaminsä ure mit Hilfe des Bodenbakteriums Corynebacterium glutamicum produziert.

1928/29 entdeckte Alexander Fleming im Pilz Penicillium chrysogenum das erste medizinisch verwendeten Antibiotikum Penicillin. 1943 folgte das Antibiotikum Streptomycin durch Selman Waksman, Albert Schatz und Elizabeth Bugie. Im Jahr 1949 wurde die Herstellung von Steroiden in industriellen Maß stab umgesetzt. Anfang der 1960er Jahre wurden Waschmitteln erstmals biotechnisch gewonnene Proteasen zur Entfernung von Eiweiß flecken zugesetzt. In der Kä seherstellung kann das Kä lberlab seit 1965 durch das in Mikroorganismen hergestellte Rennin ersetzt werden. Ab 1970 konnten biotechnisch Amylasen und andere stä rkespaltende Enzyme hergestellt werden, mit denen z. B. Maisstä rke in den sogenannte „high-fructose corn syrup“, also Maissirup, umgewandelt und als Ersatz fü r Rohrzucker (Saccharose), z. B. in der Geträ nkeherstellung, verwendet werden konnte.

Aufklä rung der DNA-Struktur

1953 hatten Francis Crick und James Watson die Struktur und Funktionsweise der Desoxyribonucleinsä ure (DNA) aufklä ren kö nnen. Damit wurde der Grundstein fü r die Entwicklung der modernen Genetik gelegt. Seit den 1970er Jahren kam es zu einer Reihe von zentralen Entwicklungen in der Labor- und Analysetechnik. So gelang 1972 den beiden Biologen Stanley N. Cohen und Herbert Boyer mit molekularbiologischen Methoden die erste in-vitro-Rekombination von DNA (Verä nderung von DNA im Reagenzglas), sowie die Herstellung von sogenannten Plasmidvektoren als Werkzeug zur Ü bertragung (ein Vektor) von Erbgut, z. B. in Bakterienzellen. Cesar Milstein und Georges Kö hler stellten 1975 erstmals monoklonale Antikö rper her, die ein wichtiges Hilfsmittel in der medizinischen und biologischen Diagnostik darstellen. Seit 1977 kö nnen rekombinante Proteine (ursprü nglich aus anderen Artenstammende Proteine) in Bakterien hergestellt und in grö ß erem Maß stab produziert werden. Im Jahr 1982 wurden erste transgene Nutzpflanzen mit einer gentechnisch erworbenen Herbizidresistenz erzeugt, so dass bei Pflanzenschutzmaß nahmen das entsprechende Herbizid die Nutzpflanze verschont. Im selben Jahr gelang die Erzeugung von Knock-out-Mä use fü r die medizinische Forschung. Bei ihnen ist ein (oder mehrere) Gen inaktiviert, um so dessen Funktion bzw. die Funktion des homologen Gens beim Menschen zu verstehen und zuuntersuchen.

Genomsequenzierungen. Im Jahr 1990 startete das Humangenomprojekt, welches das Ziel, das gesamte menschliche Genom (3, 2 × 10⁹ Basenpaare) zu entschlü sseln und zu sequenzieren, bis 2001 (bzw. 2003 in den angestrebten Maß stä ben) erreichte. Die Sequenziertechnik basiert direkt auf der 1975 entwickelte Polymerase-Kettenreaktion (PCR), die eine schnelle und mehr als 100.000-fache Vermehrung bestimmter DNA-Sequenzen ermö glichte, um so ausreichende Mengen dieser Sequenz, z. B. fü r Analysen, zur Verfü gung zu haben. Bereits 1996 war das erste Genom, das der Bä ckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) (2× 10⁷ bp) vollstä ndig aufgeklä rt. Durch die rasante Weiterentwicklung der Sequenziertechnik konnten weitere Genome, wie im Jahr 1999 das der Taufliege Drosophila melanogaster (2 × 10⁸ bp), relativ schnell sequenziert werden. Die Bestimmung von Genomsequenzen fü hrte zur Etablierung weiterer, darauf basierender Forschungsgebiete, wie der Transkriptomik, Proteomik, Metabolomik und der Systembiologie und zu einer Bedeutungszunahme, z. B. der Bioinformatik.