Kaskaden in Kompartimenten: auf dem Weg zu maschinengestützter Biotechnologie

Biologische Kompartimentierung ist ein fundamentales Prinzip des Lebens, das Zellen den Stoffwechsel, die Vermehrung und die Kommunikation mit ihrer Umgebung ermöglicht. Es wird viel am Verständnis dieses grundsätzlichen Prinzips geforscht, um biomimetische Kompartimente und katalytische Kaskaden als Hilfsmittel für den technologischen Fortschritt zu nutzen. Dieser Aufsatz fasst den aktuellen Stand der Entwicklung zusammen und legt besondere Schwerpunkte auf die Größenordnung der Systeme, den Stofftransport und die Anordnung katalytischer Einheiten mithilfe von molekularen Gerüsten. Dabei reicht das Spektrum von kleinen Vernetzern über Proteine und Nucleinsäuren bis zu Kolloiden und strukturierten Oberflächen. Die Schlussfolgerung lautet, dass die zukünftige Erforschung und Anwendung dieser komplexen Systeme stark von technischen Lösungen profitieren wird, die eine integrierte, maschinengestützte Entwicklung und Durchführung einer nächsten Generation biotechnologischer Prozesse ermöglichen. Dieses Ziel sollte durch Implementierung von Mikrofluidik, Robotik und ergänzenden Fertigungsverfahren erreichbar sein und maßgeblich durch Simulationen und computergestützte Prozessmodellierung auf Basis von “Big Data” aus multiskalaren experimentellen Analysen ergänzt werden.