Enzyme: mächtige und doch stille Verbündete der Nachhaltigkeit

Melissa Scranton und ihr Team im Forschungs- und Entwicklungslabor in San Diego arbeiten an nachhaltigen Produkten. Ihre Verbündeten auf diesem Weg? Enzyme. Nachhaltigkeit ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Thema für Verbraucher geworden. Die Menschen wollen wissen, was in ihren Produkten enthalten ist und wie nachhaltig die Inhaltsstoffe sind. In der Natur finden sich überraschende Lösungen, die Effizienz von Alltagsprodukten zu verbessern und gleichzeitig den CO₂-Fußabdruck zu verringern.

BASF arbeitet seit Langem mit Enzymen und eine der führenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Enzymforschung und Stammentwicklung ist Melissa Scranton. Scranton arbeitet im BASF-Labor in San Diego und leitet derzeit eines der Teams, das Enzyme für Anwendungen in verschiedenen Märkten entdeckt und weiterentwickelt – von Tiernahrung über Bioenergie bis hin zu Reinigungsprodukten. Das Team ist Teil eines großen Projekts mit dem Ziel, in der Natur Lösungen für anspruchsvolle industrielle Probleme zu finden.

Wie alles begann

Ursprünglich wollte sie Tierverhaltensforscherin werden. Zu Beginn ihres Studiums wusste Scranton nur, dass sie "leidenschaftlich an der grundlegenden Natur der Wissenschaft interessiert war, um zu untersuchen, wie und warum natürliche Ereignisse auftreten".  Nach mehreren Jahren im akademischen Bereich kam sie als Forscherin zur BASF, wo sie "untersuchen konnte, wie und warum sich die Natur so verhält, wie sie es tut, aber mit einem Fokus und einem klaren Ziel für die Zukunft."

Hinter den Kulissen: Enzymanwendungen in Alltagsprodukten

"Enzyme", erklärt Scranton, "sind Proteine, die chemische Reaktionen auslösen oder beschleunigen und dabei helfen, Moleküle aufzuspalten oder miteinander zu verbinden. In jedem Organismus haben Enzyme eine Funktion für die Zelle. Sie werden für einen bestimmten Zweck hergestellt. Und jetzt versuchen wir, diese natürliche Entwicklung zu nutzen, um effiziente chemische Reaktionen in industriellen Anwendungen durchzuführen."

Enzyme stellen eine natürliche Alternative zu chemischen Verbindungen dar und sind vielseitig einsetzbar, auch in Haushaltsprodukten. BASF Enzymes konzentriert sich insbesondere auf Tiernahrung, Waschmittel und Bioenergie. Enzyme sind schon seit einiger Zeit in Waschmitteln enthalten und leisten einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Waschmitteln und des Waschprozesses, indem sie eine effiziente Fleckentfernung bei niedrigeren Waschtemperaturen ermöglichen. BASF treibt die Nachhaltigkeit von Waschmitteln weiter voran, indem Enzyme direkt in Kombination mit zukünftigen, nachhaltigen Waschmittelformulierungen verbessert werden.

In der Bioethanolproduktion spalten Enzyme Mais auf, um die Hefe zu ernähren, die Ethanol herstellt. Enzyme können auch dazu beitragen, dass ein Tier mehr Nährstoffe aufnimmt und Futtermittel effektiver verwertet.

Heute arbeitet Scranton vor allem in der Entwicklung von Schlüsseltechnologien, insbesondere in der Stammentwicklung. Sobald ein neues Enzym entdeckt wird, entwickelt ihr Team spezifische Kulturen und Werkzeuge, um sicherzustellen, dass das Enzym seine höchste Aktivität entfalten und die bestmögliche Leistung erbringen kann. Sie versuchen, "jeden Teil der Zelle zu verbessern, der zur Produktion oder Entfaltung des Proteins beiträgt, oder Dinge auszuschalten, die unsere gewünschten Proteine abbauen", erklärt sie.

Darüber hinaus arbeitet das Team auch mit der Abteilung Care Chemicals zusammen und versucht, in einem neuen Bereich nach Enzymen zu suchen. Dies erfordert eine ständige Kommunikation, "um herauszufinden, welche Bedürfnisse sie haben und wie die Anwendung aussehen soll, denn man bekommt nur das, wonach man sucht. Wir müssen sicherstellen, dass wir potenzielle Kandidaten prüfen und Produkte entwickeln, die für das Team heute und die Kunden in der Zukunft nützlich sind", erklärt sie.

Die Schwierigkeiten, die jedes neue Enzym mit sich bringt

Enzyme können eine ganze Reihe von Herausforderungen mit sich bringen. Die größte besteht zweifellos darin, ein Enzym zu entwickeln, das genau richtig ist und in dem spezifischen Wirt und Umfeld, in dem man es haben möchte, gedeihen kann. In Scrantons Worten: "Es gibt keine magische Kombination. Man muss viele verschiedene Kombinationen testen, um herauszufinden, welche am besten funktioniert".

Sicherzustellen, dass die Enzyme in einer rauen Umgebung überleben und ein hohes Aktivitätsniveau erreichen können, ist an sich schon eine Herausforderung. Darüber hinaus müssen die Wissenschaftler dafür sorgen, dass das Produkt wirtschaftlich ist und den Kunden einen echten Nutzen bietet. Scranton erklärt: "Diese Herausforderung erfordert das Zusammenspiel vieler verschiedener Teams, von der Biologie über die Fermentation bis zur Technik... Und wir haben Anwendungswissenschaftler, die wirklich eng mit den Kunden zusammenarbeiten, um alles zusammenzufügen und sicherzustellen, dass das Produkt am Ende einen Mehrwert liefert". Aus diesem Grund kann es mehrere Jahre dauern, bis ein neues Enzymprodukt auf den Markt kommt. 

Neue und kreative Lösungen zu finden, ist nicht leicht, erst recht nicht in einem so spezifischen Bereich wie dem von Scranton. Hier ist Zusammenarbeit wirklich der Schlüssel. 

"Meine Kreativität entsteht meist im Gespräch mit anderen. Je mehr man miteinander redet und unterschiedliche Perspektiven einnimmt, desto mehr unterschiedliche Lösungen findet man. Indem wir ganz einfach über Molekularbiologie und Zellphysiologie nachdenken und versuchen, so viel wie möglich zu verstehen, finden wir kreative Freiräume", betont sie.

Arbeit an einer nachhaltigeren Realität

Dass Nachhaltigkeit ein wesentlicher Teil von Scrantons Arbeit ist, liegt auf der Hand, aber auch privat ist Nachhaltigkeit ihr wichtig: "Ich denke, dass ich jetzt, als Mutter, noch mehr über Nachhaltigkeit nachdenke, nicht nur für unsere Generation, sondern auch für die kommenden Generationen. Ist unsere Lebensweise nachhaltig? Vermutlich würden viele Menschen zustimmen, dass die Antwort auf diese Frage eher nein lautet. Unser Konsumtempo und unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wird die Generation meiner Kinder wahrscheinlich nicht überleben."

"Es gibt Bestrebungen, alles biobasiert und biologisch abbaubar zu machen. Ich kann mir gut vorstellen, dass Enzyme einen bedeutenden  Beitrag zu nachhaltigeren Lösungen leisten werden. Ich hoffe, dass wir helfen können, andere in diese Richtung zu lenken und Teil des Fortschritts zu sein."

Bei Fragen wenden Sie sich bitte an mariana.licio@basf.com 

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