Ein Enzym kann eine chemische Reaktion beschleunigen. Doch das Molekül, das in einer Zelle gut arbeitet, muss in einer Industrieanlage noch lange nicht zuverlässig funktionieren. Ein Potsdamer Forschungsteam will deshalb viele Varianten herstellen und testen, ohne für jede einzelne lebende Zellen heranzuziehen. Eine KI soll aus den Ergebnissen neue Kandidaten vorschlagen.
Die Plattform entsteht im Projekt ZenBio am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse. Fraunhofer stellte das Vorhaben am 2. November vor. Die Verbindung aus Zellbestandteilen, automatisierten Experimenten und KI soll die Suche nach Enzymen für industrielle Bedingungen beschleunigen. Noch handelt es sich um ein Entwicklungsprojekt.
Warum das passende Enzym schwer zu finden ist
Enzyme sind biologische Katalysatoren: Sie ermöglichen oder beschleunigen chemische Reaktionen, ohne dabei als Ausgangsstoff verbraucht zu werden. In der Industrie helfen sie beispielsweise bei der Herstellung von Lebensmitteln, Spezialchemikalien und pharmazeutischen Wirkstoffen.
Ein natürliches Enzym ist an seine Umgebung angepasst. In einem technischen Prozess können dagegen andere Temperaturen, Säuregrade oder Lösungsmittel herrschen. Dann kommt es darauf an, eine Variante zu finden, die unter diesen Bedingungen weiterhin ihre Aufgabe erfüllt.
Dafür verändern Forschende den genetischen Bauplan eines Enzyms. Schon kleine Änderungen können seine Eigenschaften beeinflussen. Welche Variante am Ende geeignet ist, lässt sich aus dem Bauplan allein aber schwer sicher vorhersagen. Experimente liefern die Daten, die diese Lücke verkleinern können.
Die Zellfabrik kommt ins Reaktionsgefäß
ZenBio setzt dafür auf zellfreie Proteinsynthese. Das bedeutet nicht, dass das Verfahren ohne Material aus Zellen auskommt. Vielmehr wird ein Extrakt mit den nötigen Bestandteilen verwendet, um anhand eines zugegebenen genetischen Bauplans ein Protein herzustellen. Die eigentliche Herstellung findet außerhalb einer lebenden, vollständigen Zelle statt.
Das Team kann den Ansatz miniaturisieren und mehrere Varianten nebeneinander untersuchen. Eine automatisierte Pipettierstation verteilt dafür kleine Flüssigkeitsmengen. Nach Angaben von Fraunhofer lässt sich nach wenigen Stunden testen, wie sich eine Variante etwa bei einer bestimmten Temperatur oder einem anderen pH-Wert verhält.
Der Vorteil für die Suche liegt in der Verbindung von Bauplan und Messung: Zu jeder getesteten Variante gehört eine Information darüber, welche Eigenschaft sie unter den gewählten Bedingungen zeigt. Aus vielen solchen Paaren kann ein Modell Zusammenhänge lernen und weitere Varianten vorschlagen. Diese Vorschläge müssen wiederum im Experiment zeigen, ob sie die gewünschte Eigenschaft besitzen.
Was die Plattform noch erreichen soll
Fraunhofer nennt als Ziel, künftig bis zu 1.500 Varianten eines Enzyms parallel herzustellen und zu untersuchen. Diese Zahl beschreibt die angestrebte Kapazität und keinen veröffentlichten Nachweis, dass bereits ein industrieller Prozess in dieser Größenordnung optimiert wurde. Auch erste Pilotprojekte mit Industriekunden und ein Spin-off sind geplant.
Ob ein neues Enzym später in einer Anlage nützlich ist, hängt von der jeweiligen Aufgabe und den Prozessbedingungen ab. Die schnelle Untersuchung kleiner Proben beantwortet zunächst, welche Varianten für weitere Schritte interessant sind; sie ersetzt nicht die Erprobung im vorgesehenen Einsatz.
Eine unabhängige Übersicht zur mikrobiellen zellfreien Proteinsynthese beschreibt das Verfahren insgesamt als flexibel, sieht aber bei der industriellen Anwendung unter anderem Herausforderungen bei Reproduzierbarkeit und Skalierung. Das sind allgemeine Fragen des Forschungsfelds, keine eigens nachgewiesenen Fehler von ZenBio. Für das Potsdamer Projekt steht zunächst im Vordergrund, verlässliche Versuchsdaten zu gewinnen und damit die Auswahl geeigneter Enzyme zu verbessern.
Quellen
- Fraunhofer: Neue Technologie optimiert Enzyme für die Industrie, 2. November 2026.
- Rochelle Aw: Microbial cell-free protein synthesis and its progression toward industrial use, 2026.
Für diesen Artikel wurden KI-gestützte Recherche- und Editierwerkzeuge verwendet. Der Inhalt wurde redaktionell geprüft.
