SPEZIAL. Life-Science-Forschung. Fotos: Peter Ginter/Bayer AG (4), Uwe Nölke/Bayer AG (1), Matthias Sandmann/Bayer AG (1)

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1 SPEZIAL Life-Science-Forschung 32 Bayer research 27 Dezember 2014 Fotos: Peter Ginter/Bayer AG (4), Uwe Nölke/Bayer AG (1), Matthias Sandmann/Bayer AG (1)

2 INTERDISZIPLINÄRE BAYER-TEAMS BESCHLEUNIGEN DIE LIFE-SCIENCE-FORSCHUNG Die Protein-Ingenieure In interdisziplinären Teams suchen Bayer-Wissenschaftler nach neuen Angriffszielen für Wirkstoffe oder Diagnosemöglichkeiten. Durch die Synergien aus Medizin- und Pflanzenforschung ergeben sich völlig neue Ansätze: vom Design therapeutischer Antikörper bis zur verbesserten Produktion neuer Pflanzenschutzmittel. Ein Schlüssel zum Erfolg sind hocheffektive Eiweißmoleküle konstruiert von Protein-Ingenieuren in den Bayer-Laboren. Hightech im Hochdurchsatz: Bei der Entwicklung therapeutischer Antikörper nutzt Dr. Wayne Coco die Hilfe einer vollautomatischen Roboteranlage. Roboter bedienen hier unabhängig voneinander Inkubatoren, Pipettierer und Detektionssysteme. Bayer research 27 Dezember

3 Die biologischen Werkzeuge sind zwar klein, aber unverzichtbar: Enzyme. Die Eiweißbausteine halten Atmung, Stoffwechsel und Immunsystem am Laufen und Menschen, Tiere und Pflanzen überhaupt erst am Leben. Die sogenannten Biokatalysatoren gleichen Arbeitstieren im Molekülformat und spielen eine zentrale Rolle in jeder einzelnen Zelle. Sie sind der Grund dafür, dass spezielle chemische Reaktionspfade überhaupt erst eingeschlagen werden: Enzyme schaffen es, nur bestimmte Bindungen in Molekülen zu öffnen und neue zu knüpfen und das besonders effektiv. Auf mehr als wird die Zahl der natürlich vorkommenden Enzyme geschätzt. Qualität der Biotechnologie- Forschung verbessern Forschungserfolge sind Teamsache Wissenschaft lebt vom Erfahrungsaustausch. Und wenn es um die Gesundheit von Mensch, Tier und Pflanze geht, bietet sich dafür genügend Anlass. Auf diese Schnittstellen konzentriert sich der Bayer-Konzern mittlerweile verstärkt und hat dazu bereits 2012 die Nimbus-Initiative ins Leben gerufen (s. a. research 26, Spezial ). Das Unternehmen stellt dazu 30 Millionen Euro für neue Forschungsprojekte bereit, um die Lebenswissenschaften noch enger zu verzahnen. Die Forscher arbeiten beispielsweise an Themen wie Epigenetik, Hochdurchsatz-Screening zur Wirkstofffindung oder Biotransformationen. Ihr Ziel: das erarbeitete Wissen noch intensiver auszutauschen und die Qualität der Forschung weiter zu verbessern. Längst haben Biotechnologen in diesem unglaublichen Fundus an Enzymen zahlreiche Chemietalente entdeckt, die sie bereits als Miniaturwerkzeuge für ihre Zwecke nutzen und optimieren, sagt Dr. Wayne Coco, Leiter des Bereichs Protein Engineering bei Bayer HealthCare in Köln. Und das Arbeitsspektrum der fleißigen Die Talente von Enzymen nutzen wir jetzt konzernübergreifend. Dr. Mark James Ford, Process Research Bayer CropScience Eiweißmoleküle ist enorm: Die Proteine sind nicht nur wertvolle Helfer im Körper, sondern dienen auch als Reaktionshelfer in der chemischen Großproduktion. Das Know-how und die Technologien um die biologischen Miniaturwerkzeuge sollen weiter wachsen und das künftig noch effizienter. Dazu hat Bayer eigens die zwei Nimbus-Projekte Biotransformationen und Protein Engineering gestartet. Unter dem Projektnamen Nimbus vernetzen sich Abteilungen verschiedener Teilkonzerne im Bereich Life Sciences eng miteinander und tauschen ihr Wissen aus. Dadurch sollen gezielt Synergien genutzt werden, um Ansätze für neue Wirkstoffe und deren Produktion zu finden. Der intensive Austausch über Standorte und Fachdisziplinen hinweg hat nicht nur die Qualität der biotechnologischen Forschung verbessert: Die Nimbus-Initiative bringt unterschiedliche Bayer-Spezialisten zusammen, um teilkonzernübergreifende Forschungsvorhaben zu ermöglichen, sagt Coco. Der Molekularbiologe auch Leiter des Nimbus-Projekts Protein Engineering beschäftigt sich mit seinem Team vor allem mit dem Design therapeutischer Antikörper, also speziellen Eiweißmolekülen, die beispielsweise in der Krebsbehandlung eingesetzt werden. Wir optimieren diese Proteine, um ihre Sicherheit und Effektivität zu gewährleisten, erklärt Coco. Die Bayer-Forscher greifen dazu gezielt in den Bauplan eines Proteins ein, der in einem speziellen Genabschnitt vorliegt, und erzeugen Tausende Varianten des Kandidaten. Diese werden dann mit einem vollautomatischen, robotergestützten Hochdurchsatz-Verfahren im Labor getestet, um aus der Vielfalt ein geeignetes Protein zu finden, sagt der Eiweißingenieur. Das Know-how zum Design verbesserter Proteine lässt sich zudem auf unterschiedlichste Proteinoptimierungsziele im Rahmen von Nimbus-Projekten übertragen. Für Bayer CropScience sind solche Technologien von großem Interesse, weil sie die Suche nach neuen proteinbasierten Pflanzenmerkmalen, den sogenannten Traits, beschleunigen und auch auf eine breitere Basis stellen. Die Zusammenarbeit mit den Forschern von Bayer HealthCare im Rahmen des Nimbus-Projekts verschafft uns den Zugang zu einer hoch innovativen Technologie- Plattform inklusive Roboteranlagen für Hochdurchsatztests, erklärt Dr. Marc Linka, der gemeinsam mit seinen Kollegen von Bayer CropScience an der Entwicklung neuartiger Traits arbeitet. Expertise der Eiweißingenieure verbessert Pflanzenmerkmale Das Teamwork hat bereits Früchte getragen: Im Rahmen der Zusammenarbeit haben die Bayer-Forscher mehrere neue Proteine konstruiert, die jetzt in Nutzpflanzen eingeschleust und dann im Gewächshaus und auf dem Feld geprüft werden. Das gesamte Nimbus-Team ist natürlich sehr gespannt, ob sich die vielversprechenden Ergebnisse aus dem Labor in der Praxis bestätigen, sagt Linka. 34 Bayer research 27 Dezember 2014

4 Life-Science-Forschung SPEZIAL Mensch und Maschine: Dr. Michael Strerath und Konrad Odendahl (Foto oben, v. li.) kontrollieren die Pipettierqualität einer Screeninganlage. Und Petra Helfrich und Fabian Scholz (Foto rechts, v. li.) nutzen die neuen Proteine für erste Biotransformationen im Berliner Fermentationslabor. Die Protein-Engineering-Expertise der Kölner Bayer-Kollegen um Coco ist zudem auf weiteren Gebieten gefragt: beispielsweise um Enzyme zu entwerfen, die sich als Biokatalysatoren einsetzen lassen, um Produktionsrouten für neue Wirkstoffkandidaten zu entwickeln. Häufig eignen sie sich auch, um kostengünstigere Herstellungsverfahren zu etablieren. Gemeinsame Forschung für bessere Produktionsprozesse Durch das Nimbus-Projekt besteht erstmals die Möglichkeit, dass wir Biokatalysatoren zwischen Pflanzen- und Pharmaforschung systematisch austauschen, so Dr. Ingo Hartung, Leiter des Biokata lyse - la bors von Bayer HealthCare in Berlin. Mit den Kollegen um Wayne Coco haben wir zudem die Spezialisten, die Biokatalysatoren passgenau zu optimieren und ihnen so den nötigen Feinschliff zu verleihen. Wie lassen sich aber Enzyme identifizieren, die es sich zu optimieren lohnt? Um diese Frage zu beantworten und um das Talent von Biokatalysatoren im gesamten Bayer-Konzern von der Entdeckung bis hin zu ihrer Produktion nutzen zu können, wurde das Nimbus-Projekt Biotransformationen ins Leben gerufen. Ein interdisziplinäres Team um Dr. Mark James Ford, Process Research bei Bayer CropScience, arbeitet seit knapp zwei Jahren am Aufbau einer konzernübergreifenden Enzymsammlung. Das Team hat sich zum Ziel gesetzt, sowohl technische Biotransformationen für verbesserte Produktionsprozesse zu realisieren als auch das Spektrum weiterer Einsatzmöglichkeiten in Forschung und Entwicklung auszuloten. Das notwendige Wissen, um Biokatalysatoren systematisch zu nutzen, existierte teilweise schon vor dem Start des Nimbus-Projekts, erklärt Ford. Doch der Wissenstransfer und die direkte Zusammenarbeit der einzelnen Experten haben sich durch die konzernübergreifende Initiative deutlich verbessert und letztendlich so erst die Realisierung von maßgeschneiderten Enzymen ermöglicht. Bayer research 27 Dezember

5 SPEZIAL Life-Science-Forschung von HealthCare und CropScience weiter auf. Dadurch vergrößern wir stetig die Bayer-Biokatalysator-Bibliothek, erklärt Dr. André Pütz, Biochemistry & Biocatalysis bei Bayer Technology Services. Haben die Experten bei Bayer Technology Services, Bayer HealthCare und Bayer Crop- Science nach dem Screening der neuen Sammlung geeignete Enzyme gefunden, diese isoliert und charakterisiert, läuft die Optimierungsmaschinerie in Cocos Team an, um die Eigenschaften der Biokatalysatoren weiter zu perfektionieren. Gepaart mit viel Know-how und innovativen Ansätzen steht am Ende ein maßgeschneiderter Biokatalysator, der sich industriell nutzen lässt. Aber auch schon während der oft langwierigen Entwicklungszyklen gibt es immer wieder kleinere und größere Erfolge zu vermelden. Von neuen Enzymen profitiert die moderne Gesellschaft Bibliothek der Biokatalysatoren im Einsatz: Aus der Mikroorganismen-Sammlung in Berlin werden erste Hits identifizert (Foto oben). Gemeinsam mit seinen Kollegen arbeitet Dr. André Pütz von Bayer Technology Services (Foto unten) stetig daran, neue Biokatalysatoren zu finden, zu isolieren und zu charakterisieren. Wir wussten gar nicht, was wir zusammen alles schaffen können: Synergie im positivsten Sinn, sagt Ford. Spezialisten von Bayer Technology Services arbeiten im Rahmen des Nimbus-Teams daran, eine umfangreiche Enzymsammlung aufzubauen. Durch die enge Zusammenarbeit mit führenden Hochschulen beschaffen wir nach intensiven Literatur- und Datenbankrecherchen die geeigneten Enzyme und bereiten sie im Labor für die Fragestellungen Dank der Nimbus-Plattform konnten wir nicht nur die Screening-Zeiten deutlich verkürzen. Es gab auch immer wieder Quick Wins. Das in dem Projekt bis heute gesammelte Wissen konnte bereits in Einzelfällen in die Praxis umgesetzt werden. Dies ist nur möglich, weil wir intern gut vernetzt sind und einen lebhaften wissenschaftlichen Austausch pflegen, erklärt Ford. Mit jedem Projektzyklus, mit jedem neuen Enzym und mit jedem maßgeschneiderten Biokatalysator gewinnen die Bayer-Wissenschaftler neues Wissen. Und von diesem Erfahrungsschatz profitieren dann letztlich Ärzte und Patienten, Landwirte und Verbraucher. Weitere Infos zum Thema 36 Bayer research 27 Dezember 2014