Die Zeitschrift Scientific American hat zusammen mit Experten des World Economic Forum eine Liste der zehn wichtigsten aufkommenden Technologien für die nächsten Jahre vorgestellt(1) . Fünf davon kommen aus dem engeren Bereich der Life Sciences, darunter Flüssigbiopsien zur Krebsdiagnostik, ein Zellatlas des Menschen, die künstliche Photosynthese, genomische Impfstoffe sowie die „grüne“ Architektur. Weitere Technologien wie alternative Trinkwassergewinnung, maschinelles Lernen (Deep Learning) für die Bilderkennung und IT-gestützte Landwirtschaft stammen aus dem weiteren Life Science Sektor.

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Die Tatsache, dass die Life Sciences in den “Top 10 Emerging Technologies of 2017“ so stark vertreten sind, unterstreicht ihre Relevanz für die Gesellschaft und ihren Beitrag zur Lösung der großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, die vor allem in den Bereichen Ernährung, Umwelt und Medizin (wachsende Weltbevölkerung, Klimawandel und alternde Bevölkerung in den Industriestaaten sowie der BRICS-Staaten) anstehen.

Die erste Life Science Technologie in der Liste der Top 10 Emerging Technologies ist die Flüssigbiopsie, die aufgrund ihres großen Potenzials für die Krebsdiagnostik aufgenommen wurde(2) . Sie stellt zunächst dort eine Option dar, wo traditionelle gewebebasierte Biopsien nicht möglich sind. Verglichen mit den Gewebebiopsien erbringt sie ein sehr viel breiteres Spektrum an Informationen: Durch die Aufdeckung zirkulierender Tumor-DNA ermöglicht sie eine frühere Erkennung des Krankheitsfortschritts bzw. der Therapieresistenz, was einen deutlichen Vorteil im Kampf gegen Krebs bedeuten kann.

Die nächste Neuheit, die es aus den Life Sciences in die Top 10 geschafft hat, ist der humane Zellatlas, eine Initiative mit dem Ziel, die Gesamtheit aller menschlichen Zellen zu entziffern(3) . Der Atlas soll eine genaue Übersicht darüber liefern, welche Gene, Proteine und sonstige Moleküle in welchem Zelltyp aktiv sind, wo genau die Zellen lokalisiert sind, wie die Zellen normalerweise miteinander interagieren und was geschieht, wenn Veränderungen in Zellen auftreten. Ein Projekt, das Robert Hooke, der im 17. Jahrhundert den Begriff „Zelle“ als einheitliche Basiseinheit des Lebens einführte, aber auch den Vater der Zellularpathologie, Rudolf Virchow, sicherlich fasziniert hätte und das großes Potenzial birgt, die therapeutischen Optionen weiter zu verbessern und zu personalisieren. Beteiligt an der Umsetzung dieses internationalen Projektes sind unter anderem das Broad Institut von MIT und Harvard, das Wellcome Trust Sanger Institut sowie das niederländische Hubrecht Institut.

Eine andere Top 10-Technologie mit medizinischer Relevanz sind die genomischen Impfstoffe. Diese Impfstoffe basieren auf Nukleinsäuren (DNA, RNA) und könnten den traditionellen Impfstoffen auf Proteinbasis in vielerlei Hinsicht überlegen sein. Sie sind in der Regel einfacher und schneller herzustellen, was entscheidend für den Fall eines raschen Ausbruchs einer Epidemie ist. Weiterhin ermöglicht diese Produktionstechnologie eine schnellere Adaption im Fall eines mutierenden Pathogens. Auch sind der einfache Transport und die Lagerung vorteilhaft, da keine Kühlkette notwendig ist: Während traditionelle, Protein-basierte Impfstoffe ihre Wirksamkeit bei Unterbrechung der Kühlkette verlieren können, bleiben Nukleinsäuren über einen weiten Temperaturbereich hin stabil und können problemlos auch bei Raumtemperatur gelagert werden. So kann insbesondere auch in Entwicklungsländern die Versorgungssituation mit Impfstoffen verbessert werden(4) .

Zwei weitere Top 10-Technologien aus den Life Sciences stammen aus dem Bereich Umwelt und Energie. Die Anwendung der sogenannten „grünen“ Architektur hat das Potenzial, unseren Verbrauch an Energie und Wasser deutlich zu reduzieren. Eine Speicherung lokal generierter Solarenergie innerhalb eines Mikrogrids könnte den Elektrizitätsverbrauch um die Hälfte und die Kohlenstoff-Emissionen auf Null reduzieren, wenn ein gerade an der University of California, Berkeley entwickeltes Konzept realisiert werden würde. Das Projekt sieht zudem einen Wasserkreislauf vor, bei dem das Schmutzwasser aus Toiletten und andere Abwässer vor Ort behandelt und wiederverwertet und das Regenwasser zwischen Toiletten und Waschmaschinen aufgeteilt wird. Somit könnte der Bedarf an Trinkwasser um 70% gesenkt werden.

Zu guter Letzt wurde die an der Harvard Universität entwickelte künstliche Photosynthese in die Top 10 der Emerging Technologies gewählt. Auf der Erde gibt es photosynthetische Prozesse bereits seit mehr als 3 Milliarden Jahren, doch erst jetzt hat die Wissenschaft eine künstliche Variante entwickelt. Die Idee hinter der künstlichen Photosynthese liegt in der Nutzung Sonnenlicht-aktivierter Katalysatoren zur Aufspaltung von Wassermolekülen in Sauerstoff und Wasserstoff und der anschließenden Nutzung des Wasserstoffs, um CO2 in Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Ein solches geschlossenes System, in dem das durch Verbrennung emittierte CO2 zurück in Kraftstoff transformiert wird, anstatt in die Atmosphäre entlassen zu werden, könnte sich als neues Tätigkeitsfeld für die Solarindustrie erweisen.

Insgesamt zeigt diese Auswahl an innovativen Technologien einmal mehr, dass den Life Sciences eine besonders starke Bedeutung im Hightech-Bereich zukommt, die auf kontinuierlichen Forschungsaktivitäten und -investitionen basiert.


Literaturtipps:
(1) https://www.scientificamerican.com/article/10-emerging-technologies-to-watch/
(2) http://www3.weforum.org/docs/WEF_Top_10_Emerging_Technologies_report_2017.pdf
(3) https://www.technologyreview.com/s/603499/10-breakthrough-technologies-2017-the-cell-atlas/
(4) „Medizinische Biotechnologie in Deutschland 2016 – Nutzen von Impfstoffen für Menschen und Gesellschaft“, vfa bio/BCG, http://www.vfa-bio.de/bcg2016.pdf