Was nach Science-Fiction klingt, ist im KIWI Biolab der TU Berlin bereits Realität: Ein vollautomatisiertes Hightech-Labor, in dem KI-gesteuerte Roboter Experimente selbstständig planen und auswerten. Dieses Know-how fließt künftig auch in das neue Forschungszentrum „Der Simulierte Mensch“ (Si-M) von TU Berlin und Charité ein. „Mich hat schon immer interessiert, wie man neue biologische Prozesse möglichst schnell vom Labor in die Praxis bringen kann“, erklärt Prof. Dr. Peter Neubauer. Der Mikrobiologe untersucht, wie Bakterien oder Hefen in Bioreaktoren optimal wertvolle Substanzen wie Proteine für die Pharma-Industrie produzieren. Die Herausforderung dabei: Organismen reagieren empfindlich auf Maßstabsvergrößerungen. Ein Erfolg im Milliliter-Bereich garantiert keine Funktionalität im industriellen Kubikmeter-Maßstab. Vor einer Nutzung muss daher präzise ermittelt werden, unter welchen Bedingungen die mikrobiellen Fabrikanten ihre Aufgabe am effizientesten erfüllen.
Automatisierte Arbeit im Labor
Die Basis für effiziente Bioprozesse bilden mathematische Modelle, die Parameter wie Wachstum und Substratverbrauch präzise abbilden und Computersimulationen verschiedener Prozessvarianten ermöglichen. „Solche mathematischen Modelle können wir aber auch mit Robotern und Analysegeräten verbinden“, erklärt Peter Neubauer. Diese Verknüpfung erlaubt eine vollständig digitale Organisation und Automatisierung der Laborarbeit: Während ein Roboter Proben aus dem Bioreaktor entnimmt, transportiert ein fahrbarer Kollege diese zur Analyse an das Messgerät. Der reibungslose Ablauf erfordert eine exakte zeitliche Abstimmung der technischen Helfer. „Dazu brauchen wir umfangreiche Computerprogramme“, sagt Peter Neubauer.
Extrem interessant für die Pharmaindustrie
Der technologische Aufwand zahlt sich aus: Das KIWI Biolab zählt weltweit zur Spitze in der Bioprozessentwicklung. Dank mathematischer Modelle und Künstlicher Intelligenz laufen selbst komplexe Experimente vollautomatisiert ab. Die KI übernimmt dabei die Steuerung, entscheidet über den Zeitpunkt von Probennahmen und hält Parameter wie Temperatur und pH-Wert im optimalen Bereich, um maximale Ausbeute und Qualität zu sichern. Fehlentwicklungen werden frühzeitig erkannt und korrigiert. „Das alles ist zum Beispiel für die Pharma-Industrie extrem interessant“, sagt Peter Neubauer. Fragen zur Marktfähigkeit neuer Produkte, zur Auswahl der besten Kandidaten oder zur Gestaltung optimaler Produktionsprozesse lassen sich hier deutlich schneller und effizienter klären als in herkömmlichen Laboren.
Daten-Marktplatz für die Biotechnologie-Branche
Die Kooperation mit Arzneimittelherstellern ist bereits etabliert, da Effizienzgewinne hier entscheidend sind. „Die Entwicklung eines neuen Medikaments kostet im Schnitt 2,5 Milliarden US-Dollar und dauert zehn bis 15 Jahre“, sagt Peter Neubauer. Künftig überträgt sein Team die Expertise von Mikroorganismen auf Zellkulturen und bringt diese Kompetenz in das Forschungszentrum Si-M von TU Berlin und Charité ein. Ein weiterer Fokus liegt auf einem Daten-Marktplatz für die Biotechnologie, um die Reproduzierbarkeit und Nutzbarkeit von Versuchsdaten zu standardisieren. „Wir sind aus meiner Sicht keine Kern-Gruppe am Si-M“, schränkt der Wissenschaftler ein, betont jedoch, dass ihre Fähigkeiten für viele dortige Arbeitsgruppen relevant seien. Da Roboter und KI in modernen Laboren stetig an Bedeutung gewinnen, bleibt für das Team bei der Abstimmung dieser technischen Helfer noch viel zu tun.
Das Forschungszentrum Der Simulierte Mensch (Si-M)
Vier Jahre nach der Grundsteinlegung öffnete am 22. April 2026 das Forschungsgebäude „Der Simulierte Mensch“ (Si-M) in Berlin-Wedding seine Pforten. In dem fünfstöckigen Bau bündeln Fachkräfte der TU Berlin und der Charité aus Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften ihre Expertise, um innovative Diagnose- und Therapieverfahren zu entwickeln. Das Spektrum reicht von Bioanalytik und Organoidtechnologien über Einzelzellgenetik bis hin zu Medizintechnik und Automatisierung. Ein zentrales Ziel ist der Ersatz von Tierversuchen durch menschliche Mini-Organe auf Mikrochips sowie die Visualisierung zellulärer Vorgänge mittels Protein-Interaktionen. Die Architektur des Si-M spiegelt diesen integrativen Geist wider: Ein lichtdurchflutetes Atrium mit offenem Treppenhaus verbindet den öffentlichen Dialogbereich mit hochmodernen Laboratorien, die für Großtechnologien wie Massenspektrometrie und Bioprinting ausgelegt sind.