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"Rot" mischt sich mit "weiß" und "grün"

Bunt ist die Welt, und mit Farben schmücken sich auch die Zweige der Biotechnologie, je nachdem was ihre natürlichen Quellen oder ihre Anwendungsgebiete sind. Die "blaue Biotechnologie" gehört zum Meer, die "grüne" zur Land- und Forstwirtschaft, die "gelbe" zum Lebensmittelbereich, die "graue" zur Abfallwirtschaft, die "braune" zum nachsorgenden Umweltschutz (Kläranlagen), die "weiße" zur chemischen Industrie und die "rote" zu Medizin und Pharmazeutik.
Foto: BASF
Die gentechnisch veränderte Kartoffel­sorte Amflora produziert Stärke für industrielle Zwecke. Hier kommen "grüne" und "weiße" Bio­technologie zusammen.

Die Grenzen zwischen der nach der Farbe des Blutes benannten "roten" Biotechnologie, die in Zellkulturen oder genmanipulierten Mikroorganismen monoklonale Antikörper, Proteine oder Peptidhormone (z. B. Insulin) herstellt, zu den "andersfarbigen" Biotechnologien verschwimmen allmählich.




Der Fall L-Tryptophan

Es gab in der Vergangenheit schwere Zwischenfälle bei der Umstellung der umständlichen Synthese mithilfe von Katalysatoren auf den "einfacheren" biotechnologischen Weg. Ein Beispiel ist die Aminosäure L-Tryptophan, die als Antidepressivum eingesetzt wird. Sie wurde lange Zeit aus Geweben isoliert oder mithilfe von Fermentationsprozessen synthetisiert, was sehr aufwendig war. Die japanische Firma Showa Denko hatte daher in den 80er Jahren ein biotechnologisches Verfahren entwickelt, L-Tryptophan aus der "Kulturbrühe" von genetisch veränderten Bakterien (Bacillus amyloliquefaciens) zu gewinnen [1]. Als 1989 plötzlich viele Fälle des sonst seltenen Eosinophilie-Myalgie-Syndroms (Symptome: starke Muskelschmerzen, Hautveränderungen und teilweise irreversible Organschäden) auftraten und die FDA 37 Tote und 1500 Erkrankte zählte, wurde L‑Tryptophan in USA verboten. Obgleich die Ursachen bis heute nicht 100%ig aufgeklärt sind, steht das neurotoxische Nebenprodukt Tryptophan-4,5-dion im Verdacht, die Schäden hervorgerufen zu haben. Bei der Isolation des L-Tryptophan bleiben winzigste Mengen Tryptophan-4,5-dion – wie auch einige andere Komponenten – als Verunreinigung in dem Produkt zurück. Showa Denko hat das Verfahren später aufgegeben und den genmanipulierten Mikroorganismus vernichtet.

Biologicals und Biosimilars

Die Validierung "roter" biotechnologischer Herstellungsverfahren ist meist sehr aufwendig. Dies ist aus Sicht der Unternehmen einerseits ein Nachteil, andererseits aber auch ein Vorteil, weil das Verfahren nach dem Ablauf des Patentschutzes ein Betriebsgeheimnis bleibt. Nachahmer, die ein Biosimilar, d. h. ein generisches biotechnologisches Produkt, herstellen wollen, müssen zwar nicht dessen klinische Wirksamkeit, wohl aber dessen Sicherheit belegen, was ihnen kaum weniger Mühe macht als dem Ersthersteller [2]. Dieser Sicherheitsnachweis ist bei "chemisch" hergestellten Generika in der Regel nicht erforderlich, wenngleich auch hier das Nebenproduktespektrum für viele Fragen bei der Registrierung sorgt.

"Weiße" Biotechnologie: mehr als Bioethanol

Die "weiße" Biotechnologie ist auf dem Vormarsch und macht wertmäßig schon fast 6% der Chemieproduktion aus [3, 4]. Hierzu zählt auch die Nutzung von Nahrungsmitteln für industrielle Zwecke, während man unter "grüner" Biotechnologie die gentechnische Veränderung von Nutzpflanzen zwecks Optimierung der Produktion versteht. In vielen Ländern gehen "weiße" und "rote" Biotechnologie Hand in Hand.

Hat der Verbraucher bei der "weißen" Biotechnologie bislang den Bioethanol und Biodiesel im Fokus, weil er sich beim Tanken dafür oder dagegen entscheiden muss, sind die großen Chemiefirmen nahezu unbemerkt von der Öffentlichkeit in einen Wettkampf um neue Ressourcen eingetreten (Tab. 1). Brasilien, der größte Erzeuger von biotechnologischem Ethanol aus Zuckerrohr, wandelt bereits erhebliche Mengen des Ethanols durch Wasserabspaltung in Ethylen um und gewinnt hieraus Polyethylen.


Tab. 1: "Weiße" Biotechnologie: Hersteller, Produkte und Jahresproduktion (z. T. geplant) [3, 4]. PLA = Polymilchsäure

Konzern
Biotech-Firma
Produkt
Jahresproduktion
Produktion in, seit
American Process
Cobald Technologies
Butanol
Arkema
Toyobo
Polyamide
Purac
Copolymere für PLA
BASF
Purac
Bernsteinsäure
PLA-Ester Ecoflex
74.000 t
Ludwigshafen, 2006
Archer Daniels Midland
Propylenglykol
100.000 t
USA, 2011
Baskem
Cargill (NatureWorks)
Ethylen
Propylen
200.000 t
30.000 t
Brasilien, 2010
ab 2013
Polymilchsäure
140.000 t
USA
Cargill
Novozymes
Acrylsäure
Dow Chemical
OPX Biotechnologies
Acrylsäure
Polyethylen
350.000 t
Brasilien, in Bau
DuPont/BP
Butamax Advanced
Biofuels
Butanol
USA u. Europa, 2013
DSM
Roquette
Bernsteinsäure
Zahlreiche Firmen
Citronensäure
> 800.000 t
1923 (stetig steigend)
DuPont
BioAmber
Bernsteinsäure
20.000 t
ab 2013
Tyte & Lyle BioProducts
1,3-Propandiol
45.000 t
USA, 2007
Givaudan
Amyris
Aromakomponenten
Johnson Matthey
Myriant
Bernsteinsäure
13.500 t
ab 2012, zzt. Pilotanlage
Mitsubishi Chemical
Genomatica
1,4-Butandiol
BioAmber
Bernsteinsäure
Procter & Gamble
Amyris
Spezialchemikalien
Solvay
Mitsubishi Gas Chemical
Polyamide
Ethylen
60.000 t
Brasilien, in Bau
Telles
Polyhydroxyalkanolate
50.000 t
USA, 2010/11
Total Petrochemicals
Amyris
Treibstoffe

Hilfsmittel in der Pharmaindustrie

Zwar gehen die in Tabelle 1 genannten Industriechemikalien üblicherweise nicht als Wirkstoffe in die Pharmaindustrie. Doch sie finden dort Verwendung als Hilfsstoffe oder in der Primärverpackung. So ist Polyethylen ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Primärverpackungen von Arzneimitteln (Blister). Milchsäure findet sich in den vielen Lactaten diverser Wirkstoffe sowie in aus Polymilchsäure hergestellten biodegradablen Medizinprodukten (sie werden im Körper abgebaut). Butanol wird als Extraktionsmittel bei der Herstellung von Antibiotika, Hormonen und Vitaminen verwendet und ist ein Edukt von Butylparaben. Bernsteinsäure und Citronensäure dienen als Säuerungsmittel in Tabletten [5].

Diese pharmazeutischen Hilfsstoffe sind je nach ihrem Herstellungsverfahren auf Nebenprodukte zu untersuchen – ein einfacher Abgleich der Spezifikation ist aufgrund der oben genannten möglichen Spurenverunreinigung nicht möglich.

Bunter Mix

Da die genannten und viele andere Hilfsstoffe – zum Beispiel Alginate, Glycerin, Karnaubawachs, Lactose, Mannose, Stärke, Saccharose und Cellulose – früher ausschließlich aus Pflanzen oder Tierprodukten gewonnen wurden, werden sie – obwohl dies den Definitionen widerspricht (s. o.) – eher zur "grünen" als zur "weißen" Biotechnologie gezählt; das gilt übrigens auch für die Fettchemie (Cognis).

In der modernen pharmazeutischen Industrie kommen also "rote", "weiße" und "grüne" Biotechnologie zusammen.

Bunt ist die Welt – auch in der Industrie.


Literatur

[1] Wasielewski S. Besonderheiten biotechnisch hergestellter Arzneistoffe. Dtsch Apoth Ztg 2004;144:3496 – 3497.

[2] vfa-Positionspapier "Biosimilars", 2009; www.vfa.de/de/wirtschaft-politik/positionen/biotech-generika.html.

[3] Renneberg R. Biotechnologie für Einsteiger. Elsevier, München 2007.

[4] Coons R. Renewables. Chemical Week, May 11, 2011; www.chemweek.com.

[5] Rutesh HD. Overview of pharmaceutical excipients used in tablets and capsules. Drug Topics, Oct 24, 2008; http://drugtopics.modernmedicine.com.


Autoren
Apothekerin Heike Heuer, Dr. Lutz Heuer
Am Krausberg 31, 41542 Dormagen



DAZ 2011, Nr. 28, S. 85