Maßgefertigtes Bakterium für die Herstellung von Biokraftstoffen

29.11.2011 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Neuer E.coli-Stamm für Biokraftstoffe (Quelle: © iStockphoto.com/Raycat)
Neuer E.coli-Stamm für Biokraftstoffe (Quelle: © iStockphoto.com/Raycat)

US-Forscher haben einen E.coli-Stamm entwickelt, der sowohl Biomasse abbauen als auch für heutige Motoren geeignete Stoffwechselprodukte bilden kann.

Kraftstoffe aus Biomasse? Gibt es längst. Biokraftstoffe für in Europa gebräuchliche Motoren, die auf Pflanzenabfällen beruhen und im Großmaßstab hergestellt werden können? Hätte man gerne. Einen wichtigen Schritt in diese Richtung stellen US-Forscher jetzt in „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) vor: Sie haben das Bakterium Escherichia coli so verändert, dass es Zellulose und Hemizellulose als Nährsubstrat verwenden und daraus Kohlenwasserstoffe herstellen kann, die direkt oder als Vorstufe für Biokraftstoffe geeignet sind.

Bislang konzentrieren sich die meisten Bemühungen darauf, Organismen zu optimieren, die pflanzliche Zucker in Ethanol fermentieren. Doch abgesehen von Brasilien sind Motoren, die mit Ethanol fahren, nicht sonderlich verbreitet. Biokraftstoffe für gebräuchlichere Motorentypen stehen jedoch vor zwei Herausforderungen: Bislang muss die Lignozellulose mit enormen Mengen des Enzyms Glykosidhydrolase versetzt werden, um daraus Zucker zu erzeugen, die von Mikroorganismen verwertet werden können. Die Herstellung dieser Enzyme ist aufwendig und nach dem eigentlichen pflanzlichen Rohstoff der zweitteuerste Posten der Biokraftstoffproduktion.

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Forscher haben das Bakterium Escherichia coli durch Transformationen dazu gebracht, dass es Zellulose und Hemizellulose als Nährsubstrat verwenden und daraus Kohlenwasserstoffe herstellen kann.

Forscher haben das Bakterium Escherichia coli durch Transformationen dazu gebracht, dass es Zellulose und Hemizellulose als Nährsubstrat verwenden und daraus Kohlenwasserstoffe herstellen kann.

Quelle: © iStockphoto.com/Rudi Gobbo

Besser wäre es, wenn die Mikroorganismen selbst das Enzym bereitstellen würden, das die Biomasse in verwertbare Zucker zersetzt. Gelungen ist das beispielsweise für die Bäckerhefe Saccharomyces serevisiae und das Bakterium Klebsielle oxytoca –  allerdings nur, wenn zuvor die pflanzlichen Rohstoffe mit Phosphorsäure behandelt wurden, eine Methode, die für die Großproduktion ungeeignet ist. Und selbst dann bestünde noch das Problem, dass die Stoffwechselprodukte zwar für Ethanol, nicht aber für andere Biokraftstoffe geeignet wären.

Vor diesem Hintergrund ist es ein wichtiger Schritt, dass es den Forschern gelungen ist, E. coli mittels zahlreicher Transformationen dazu zu bringen, beide Probleme zu lösen. Das erzeugte Bakterium produziert selbst Glykosidhydrolasen und kann dadurch schnell und effizient auf Zellulose und Hemizellulose wachsen, sowie auf Pflanzenmaterial, das mit ionischen Flüssigkeiten vorbehandelt wurde. Gegenüber anderen Vorbehandlungen haben ionische Flüssigkeiten den Vorteil, den Bedarf an Enyzmen deutlich zu verringern.

Die transformierten Bakterien besitzen gleich drei metabolische Prozesse, um Biokraftstoffe oder deren Vorstufen zu erzeugen: für Benzin-, Diesel- und Kerosinmotoren. Die Kunst besteht nun darin, E. coli dazu zu bringen, die begehrten Kohlenwasserstoffe in wirtschaftlicher Menge auszuscheiden, ohne den Organismus zu überfordern. Da manch anderer Bakterientyp in dieser Hinsicht leistungsfähiger ist als E. coli, könnte der nächste Schritt darin bestehen, die Gene, die das Team diesmal in E. coli transformiert hat, nun in andere Organismen zu übertragen. Auch die sollten dann in der Lage sein, direkt Zellulose zu verwerten und die drei unterschiedlichen Kohlenwasserstoffe zu produzieren.

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