Pharmaaminosäuren, LOLA, CREAVIS

Fermentation


Pharma-Aminosäuren aus dem Bioreaktor


Sie sind unverzichtbarer Ausgangsstoff für wichtige medizinische Wirkstoffe, sorgen in der parenteralen Ernährung für den richtigen Nährstoffmix und spielen auch als Nahrungsergänzungsmittel eine wichtige Rolle: Aminosäuren und ihre Derivate. Dass Evonik heute einer der weltweit führenden Anbieter von Aminosäuren für verschiedene Märkte und Anwendungen ist, verdankt das Unternehmen auch den Forschern der Creavis.

Anders als die Aminosäuren für die Tierernährung wurden die Pharma-Aminosäuren, die Evonik unter dem Markennamen REXIM® vertreibt, ursprünglich aus tierischen Rohstoffen gewonnen. Dafür wurden beispielsweise Keratin oder Gelatine zu Proteinhydrolysaten verarbeitet. So ließen sich aus einem Ansatz bis zu 15 verschiedene Aminosäuren gewinnen.

Um die Jahrtausendwende allerdings sank die Akzeptanz für die Herstellung von Aminosäuren aus tierischem Ausgangsmaterial. Hauptgrund dafür war die Sorge vor Transmissiblen Spongiformen Enzephalopathien wie BSE – obwohl die Verfahren bis heute als wissenschaftlich sicher gelten. 2003 reifte innerhalb der Degussa, einem der Vorgängerunternehmen von Evonik, schließlich der Entschluss, die Produktion vollständig auf biotechnologische Prozesse umzustellen.

Die Entscheidung kam nicht von ungefähr. Bereits Anfang der 1980er Jahre hatte das Unternehmen angefangen, das Potenzial der Biotechnologie auszuloten. 1981 ging der erste Enzymmembranreaktor zur Produktion von L-Aminosäuren in Betrieb. Damit gelang es erstmals, Biotransformationsreaktionen mit gelösten Enzymen in technischem Maßstab kontinuierlich zu betreiben.

Am Projekthaus Biotechnologie, das 2001 bei der Creavis gegründet wurde, beteiligten sich bereits elf der damals 23 Geschäftsbereiche. Drei Jahre lang entwickelten die Forscher in dieser auf Zeit angelegten Einrichtung neue Enzymsysteme. Im Projekthaus Proferm wurde von 2003 an schließlich die technologische Basis für die vollständige Umstellung der Produktion von Pharma-Aminosäuren auf biotechnische Verfahren geschaffen. 2006 wurde diese Leistung mit dem Evonik-Innovationspreis belohnt.

Die erste Aminosäure, die Evonik mit dem neuen Fermentationsverfahren bei der Tochtergesellschaft Fermas in der Slowakei produzierte, war L-Prolin. In rascher Folge kamen Prozesse für weitere Aminosäuren hinzu. Heute umfasst das Sortiment des Geschäftsgebiets Health Care rund ein Dutzend Pharma-Aminosäuren, die mithilfe biotechnologischer Verfahren hergestellt werden.

Zum Beispiel für L-Ornithin: Die Aminosäure spielt im Stickstoff-Stoffwechsel des menschlichen Körpers eine wichtige Rolle. Im Rahmen der Aktivitäten des Science-to-Business-Centers Biotechnologie der Creavis wurde 2007 ein Fermentationsprozess entwickelt, mit dem die Aminosäure direkt aus Zucker hergestellt werden kann. Indem die Wissenschaftler den Stoffwechselweg der Bakterien gezielt optimierten, konnten sie deren Leistung mehr als verdoppeln und kritische Nebenprodukte eliminieren. Seit Ende 2009 läuft die großtechnische Produktion von L-Ornithin und dessen Derivaten im französischen Ham in Zusammenarbeit mit Fermas. Das Geschäftsgebiet Health Care hat Stamm und Prozess seitdem weiter optimiert und so Produktivität und Ausbeute des Prozesses noch einmal deutlich gesteigert, während die Bildung von Nebenprodukten signifikant zurückging.

Die Forscher der Creavis arbeiten seitdem kontinuierlich daran, die Einsatzmöglichkeiten der Biotechnologie für Evonik zu erweitern. Aktuell zum Beispiel, indem obligat anaerobe Bakterien für die Herstellung von Spezialchemikalien genutzt werden. Aber das ist eine andere Geschichte. 

Projekt Rheticus