Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Life Sciences> Zell- und Mikrobiologie>

Biokraftstoffe - mit Bierhefe kurzkettige Fettsäuren brauen

Vorstufe zu neuartigen BiokraftstoffenMit Bierhefe kurzkettige Fettsäuren brauen

Kurzkettige Fettsäuren sind wertvolle Bestandteile von Kosmetika, pharmazeutischen Wirkstoffen, antimikrobiellen Substanzen, Aromastoffen oder Seifen. Bisher sind sie nur durch aufwändige Extraktion aus bestimmten Pflanzen wie der Kokosnuss oder chemisch aus Erdöl zu gewinnen. 

sep
sep
sep
sep
Mit einer modifizierten Fettsäuresynthase (schematisch dargestellt durch ihre synthetischen Eigenschaften innerhalb der blauen Box) kann man eine Hefezelle dazu bringen, kurzkettige Fettsäuren zu produzieren.

Den Arbeitsgruppen von Prof. Martin Grininger und Prof. Eckhard Boles von der Goethe-Universität Frankfurt ist es gelungen, solche Fettsäuren mithilfe von Hefen einfach und in großen Mengen aus Zucker oder zuckerhaltigen Abfällen in einem dem Bierbrauen ähnlichen Prozess herzustellen.

Wie die Wissenschaftler in den aktuellen Ausgaben der Zeitschriften „Nature Chemical Biology“ und „Nature Communications“ mitteilen, sind die kurzkettigen Fettsäuren auch als Vorstufe von Treibstoffen begehrt. „Die neue Technologie kann ein Schlüsselschritt sein, um über Hefen einen alternativen Zugang zu neuartigen Biokraftstoffen zu finden, deren Eigenschaften denen fossiler Kraftstoffe nahezu entsprechen“, erklärt Eckhard Boles vom Institut für Molekulare Biowissenschaften.

Anzeige

Die von Pflanzen und Tieren produzierten Fettsäuren bestehen zu einem großen Anteil aus Ketten von 18 Kohlenstoffatomen. Sie sind also länger als die gewünschten kurzkettigen Verbindungen. In lebenden Zellen stellen große Proteinkomplexe, die Fettsäuresynthasen, Fettsäuren her. Dabei fügen sie 9 Bausteine aus jeweils 2 Kohlenstoffatomen in einem Prozess aus 8 Zyklen zusammen. Martin Grininger, Lichtenberg-Professor der VolkswagenStiftung an der Goethe-Universität und Forschungsgruppenleiter am Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften (BMLS), war mitbeteiligt an der Aufklärung der dreidimensionalen Struktur der Fettsäuresynthasen. Mit seinem detaillierten Wissen über deren Wirkmechanismus konnte er gezielt in diesen eingreifen.

„Wir haben zunächst untersucht, wie die Fettsäuresynthase Zyklen zählt, um zu entscheiden, wann die Kette fertig ist. Gefunden haben wir eine Art Lineal, das die Länge der Fettsäure misst“, erklärt Martin Grininger. „Dieses Lineal haben wir so verändert, dass die Fettsäuresynthase sich vermisst und kürzere Ketten frei setzt. Das alles geschah zunächst am Computer und im Reagenzglas.“

Mit Eckhard Boles, der im benachbarten Biozentrum am Stoffwechsel von Hefen forscht, entstand dann die Idee, Griningers veränderte Fettsäuresynthasen in Hefen einzusetzen. „Diese Hefen schieden auf einmal die kurzkettigen Fettsäuren in beachtlichen Mengen aus“, berichtet Boles. „Damit können wir nun wie beim Bierbrauen anstelle von Alkohol die wertvollen kurzkettigen Fettsäuren produzieren.“ Grininger und Boles ergänzen: „Diese Entwicklung ist erst der Anfang. Wir wollen jetzt durch ähnliche Veränderungen an anderen großen Enzymkomplexen, den Polyketidsynthasen, weitere neuartige Moleküle für die chemische und pharmazeutische Industrie synthetisieren, die sonst nur schwer zugänglich sind.“

Die Universität Frankfurt hat die Entwicklungen durch zwei europäische und internationale Patentanmeldungen schützen lassen und sucht nun nach Lizenznehmern für kommerzielle Anwendungen. Grininger und Boles entwickeln ihre Technologie zusammen in verschiedene Richtungen weiter. In dem von der Europäischen Union geförderten Projekt „Chassy“ soll die Technologie zur Industriereife gebracht werden. Zudem sollen in dem vom Land Hessen finanzierten LOEWE-Projekt „MegaSyn“ über die Veränderung von Polyketidsynthasen weitere chemische Verbindungen hergestellt werden. Und in dem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft geförderten Projekt „Alk2Bio“ werden die Hefen so weiterentwickelt, dass sie aus den kurzkettigen Fettsäuren die Biokraftstoffe Oktanol und Heptan produzieren.

Publikationen:

Gajewski, J., Buelens, F., Serdjukow, S., Janßen,M., Cortina, N., Grubmüller, H. and Grininger, M. (2017) Engineering fatty acid synthases for directed polyketide production. Nat. Chem. Biol. doi:10.1038/nchembio.2314.

Gajewski, J., Pavlovic, R., Fischer, M., Boles, E. and Grininger, M. (2017) Engineering fungal de novo fatty acid synthesis for short chain fatty acid production. Nat. Commun. doi:10.1038/NCOMMS14650. http://rdcu.be/pX6c.

Informationen:

Prof. Martin Grininger, Lichtenberg-Professor der VolkswagenStiftung, Institut für Organische Chemie und Chemische Biologie und Buchmann Institut für Molekulare Lebenswissenschaften (BMLS), Campus Riedberg, E-Mail: grininger@chemie.uni-frankfurt.de.

Prof. Eckhard Boles, Institut für Molekulare Biowissenschaften, Campus Riedberg, E-Mail: e.boles@bio.uni-frankfurt.de.

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Stärkekörner aus Hefen

BiotechnologieStärke aus Hefe

Forschende der ETH Zürich haben mit der Hefe erstmals einen nichtpflanzlichen Organismus dazu gebracht, Stärke zu produzieren. Mit Hilfe des neuen Modellsystems können sie nun einfach erforschen, wie Stärke gebildet wird.

…mehr
Prof. Thomas Brück

Algentechnikum eröffnetProduktion von Biokerosin und chemischen Wertstoffen

Ein weltweit einmaliges Technikum für die Algenzucht hat die Technische Universität München (TUM) in Kooperation mit der Airbus Group auf dem Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn südlich von München aufgebaut.

…mehr
Pilotanlage bioliq

Kraftstoffe, die keine schädlichen Abgase...Umweltfreundliche Dieselkraftstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Moderne Verbrennungsmotoren werden immer sparsamer und sauberer. Die Motorenentwickler stehen nun jedoch vor dem schwer lösbaren technischen Zielkonflikt, ob Kraftstoffverbrauch oder Abgasemission weiter gesenkt werden.

…mehr
Gras oder Stroh: Hieraus sollen Zwischenprodukte für den erdölbasierten Raffinerieprozess entstehen. (© Foto: Fraunhofer UMSICHT / Volker Heil)

Projektstart BioMatesBiobasierte Ausgangsstoffe für den Erdöl-Raffinerieprozess

Bisher entstehen Kraftstoffe mit biogenem Anteil fast ausschließlich durch das Mischen (Blenden) von Kraftstoffen aus konventionellen Raffinerien mit fertig produzierten Biokraftstoffen, die erst am Ende beider Prozesse zusammengemischt werden.

…mehr
Nachwachsende Rohstoffe: Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten

Nachwachsende RohstoffeBenzin und Chemikalien aus Pflanzenresten

PSI-Forscher haben die Details der Zerlegung von Lignin in andere Substanzen untersucht. Die Ergebnisse können dazu beitragen, dass Lignin in Zukunft als Ausgangsstoff für die Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien genutzt wird.

 

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung