Biotechnologie - aus der Forschung

Kleine Helfer für die Wiederverwertung

Herstellungssprozesse und Wiederwertungsmöglichkeiten mit Hilfe von Enzymen: Aus der Forschung der Arbeitsgruppe Mikrobielle Biotechnologie der Ruhr-Universität Bochum ist im universitätseigenen Wissenschaftsmagazin Rubin der Universität zu lesen.

Der Enzymreaktor aus nächster Nähe: In der Flüssigkeit versehen die Enzyme ihre Arbeit. © Damian Gorczany

Bakterien sollen Abfallstoffe nicht nur zu wertvollen Chemikalien umbauen, sondern daraus auch noch die Energie dafür schöpfen. Schließlich können sie selbst für weitere Prozesse wiederverwendet werden. Diese Vision treibt Prof. Dr. Dirk Tischler an, der an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) die Arbeitsgruppe Mikrobielle Biotechnologie leitet. Zurzeit erarbeitet sein Team einen Prozess zur Herstellung von Ferulasäure, einer Plattformchemikalie, aus Holzabfällen.

Bei der sog. Weißen Biotechnologie geht es darum, die Herstellungsprozesse verschiedener Chemikalien vom bisher noch viel genutzten Erdöl auf nachwachsende Rohstoffe umzustellen. Am liebsten würden die Forscherinnen und Forscher Abfallstoffe nutzen, zum Beispiel Holzabfälle aus der Möbel- oder Papierindustrie. „Holzreste, die zur Papierherstellung ungeeignet sind, enthalten Zellulose, deren Zuckerbausteine sich durchaus als Energiequelle für Bakterien eignen. Außerdem enthalten Holzreste Substanzen, die als Ausgangsstoff für industriell interessante Stoffe dienen können“, erklärt Dirk Tischler. Ein Beispiel ist Vanillylalkohol, aus welchem sich der Aromastoff Vanillin herstellen lässt.

Anzeige

Tischlers Arbeitsgruppe hat sich aktuell vorgenommen, einen Prozess zu entwickeln, in dem aus dem Holzinhaltsstoff Lignin die Plattformchemikalie Ferulasäure wird, aus der sich weitere Stoffe gewinnen lassen. Der Umbau von einer Ausgangssubstanz in eine andere gewünschte und wertvolle Substanz gelingt dabei durch bestimmte Enzyme. Der erste Schritt funktioniert schon gut: Es entsteht neben einem Folgeprodukt auch schon etwas Ferulasäure, aber das Ganze läuft noch nicht effizient genug. Durch genetische Veränderung hoffen die Forscher, den Prozess optimieren zu können.

Geeignete Enzyme finden
Der Umbau von einer Ausgangssubstanz in eine andere gewünschte und wertvolle Substanz gelingt dabei durch bestimmte Enzyme. „Je nachdem, welche Reaktion man gerne hätte, kann man in Datenbanken recherchieren und schauen, ob man darin Enzyme findet, die den gewünschten Stoff herstellen“, erklärt Dirk Tischler. Hat man eines gefunden, schaut man sich den Ausgangsstoff der davon katalysierten Reaktion an und geht einen Schritt weiter zurück, bis man beim Ausgangsstoff angelangt ist, den man hat. Die Experten nennen das Retrosynthese. Entweder man findet auf diese Weise ein Enzym, das die komplette gewünschte Reaktion katalysiert, oder man verbindet schließlich die Enzyme der einzelnen Schritte miteinander zu einem großen Enzymkomplex oder einer Enzymkaskade, um den Ausgangsstoff zum Wunschprodukt umzubauen.

Bakterien oder Pilze stellen viele noch nicht beschriebene Stoffe her
Findet man das passende Enzym nicht in der Datenbank, kann man bekannte Enzyme gentechnisch optimieren. „Dabei gehen wir strukturbasiert vor“, erklärt Tischler. „Wir schauen uns die Struktur des Enzyms an und suchen Punkte, an denen wir eingreifen können, um die Reaktion zu verbessern.“ 

Kommt man auf diesem Weg nicht weiter, kann man neu auf die Suche gehen und Mikroorganismen unter die Lupe nehmen, die bisher noch nicht vollständig untersucht sind. Bakterien oder Pilze stellen eine Vielzahl an noch nicht beschriebenen Enzymen her. Bioinformatische Vorhersagen können Hinweise darauf liefern, welche von ihnen erfolgversprechende Kandidaten für wertschöpfende Reaktionen sind. Im Labor geht es dann darum, die entsprechenden Nachweise zu erbringen. Neue Funde oder genetisch optimierte Enzyme werden wiederum in der Datenbank verzeichnet, sodass sie auch anderen Arbeitsgruppen zur Verfügung stehen.

Ganze Zellen nutzen und schließlich als Biomasse weiterverwerten
Während im Labor die aufgereinigten Enzyme zum Einsatz kommen, arbeitet die Industrie mit ganzen Zellen, in die der Bauplan für die entsprechenden Enzyme eingeschleust wird. Sind die Bakterien nach einem Produktionszyklus verbraucht, können sie als Biomasse weiterverwendet werden. „Da wollen wir hin: Weg von bisher linearen Produktionsprozessen hin zur Wiederverwendung sämtlicher Komponenten“, sagt Dirk Tischler.

Referenz:
Wissenschaftsmagazin Rubin der RUB

Quelle: Ruhr-Universität Bochum (RUB)

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite