Ein neues DECHEMA-Positionspapier beschreibt die Auswirkungen von Miniaturisierung, Automation und Digitalisierung auf Labore und die Entwicklung von biotechnologischen Prozessen und Produkten. Die Autoren empfehlen, mehr Augenmerk auf die Konvergenz dieser Trends zu richten, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Robotik, KI und Big Data erstellen digitale Labor-Zwillinge

Die Arbeit im Labor verändert sich schon seit einiger Zeit: Roboter übernehmen repetitive Tätigkeiten, Hochdurchsatz-Technologien produzieren enorme Datenmengen, die mit Hilfe von Big-Data-Methoden und zunehmend auch künstlicher Intelligenz ausgewertet werden. Vielfach handelt es sich jedoch immer noch um punktuelle Entwicklungen.

Das DECHEMA-Positionspapier “Taking biotech research to the next level” wurde 2018 erstmals unter dem Titel “Neue Schubkraft für die Biotechnologie“ vorgestellt und liegt nun in einer aktualisierten englischen Version vor. Die Autoren analysieren die einzelnen Entwicklungen, die aus Digitalisierung, Miniaturisierung und Automation resultieren. Sie reichen bis zum Aufbau “digitaler Labor-Zwillinge“, die die Entwicklung neuer Produktionsstämme und Prozesse stark beschleunigt haben. Besonders in der biotechnologischen Forschung hat sich dank Automation und Miniaturisierung das Wissen über molekulare Strukturen und Mechanismen vervielfacht. So sind Datenbanken entstanden, die die Grundlage für das Design neuer Enzyme, Stoffwechselwege und ganzer Bioprozesse bilden.

Synergien neuer Technologien sind noch nicht voll verstanden

Während jede dieser Entwicklungen schon für sich die Biotechnologie-Forschung revolutioniert hat, weisen die Autoren darauf hin, dass die wahre Revolution in der Kombination aller drei Trends liegt. Sie stellen fest, dass die Entwicklungen bisher nicht als zusammenhängendes Phänomen gesehen werden und die möglichen Synergien noch nicht voll verstanden sind. Für Deutschland als traditionell auf Ingenieurwissenschaften ausgerichtetes Land bietet die Konvergenz der Technologien besondere Chancen. Die Autoren listen auf, welche Maßnahmen in Wissenschaft, Industrie, Forschungsförderung und im Bildungssystem notwendig sind, um die Potenziale vollständig auszuschöpfen.

Die Entwicklungen kulminieren in der so genannten „Biofoundry“ für die automatisierte, „industrielle“ Entwicklung von Stämmen und Prozessen. Die Experten sagen voraus, dass auch die traditionell starre Grenze zwischen Entwicklung im Labor und Produktionsprozess in der Industrie mehr und mehr verschwimmen wird. So entsteht das Bild einer Biotechnologie-Industrie, in der sich die Art, wie neue Produkte entwickelt und effiziente Produktionsprozesse konzipiert werden, dramatisch verändert. Daraus entwickeln sich neue Märkte und Geschäftsmodelle.

Automaten werden alle elementaren Labor-Arbeiten übernehmen

Das beeinflusst auch die Rolle des Menschen in der Forschung. Der Paradigmenwechsel: Heute werden Menschen nur durch alleinstehende hochintegrierte Automationssysteme (wie Pipettier-Roboter oder Mikro-Kultivierungs-Systeme) unterstützt. Im automatisierten Labor der Zukunft werden Automaten alle elementaren Labor-Arbeitsschritte übernehmen, und Menschen werden vor allem als finale Bewerter von Informationen und Entscheidungsinstanz für Prozesse agieren, unterstützt von Augmented Reality.

Das vollständige Papier steht zum Download zur Verfügung unter www.dechema.de.