Pilze für die Industrie

Produktion von Enzymen

An der TU Wien wird ein neues Christian-Doppler-Labor eröffnet. Dort soll untersucht werden, wie man Mikroorganismen am besten für die industrielle Produktion bestimmter Enzyme einsetzt.

Der sapotrophe Pilz Trichoderma reesei wird zur Produktion von Kohlenhydrat-aktiven Enzymen eingesetzt. (Copyright: TU Wien)

Vom Bierbrauen bis zur Erzeugung von Medikamenten – Mikroorganismen spielen in der Industrie eine wichtige Rolle. Der Schimmelpilz Trichoderma reesei beispielsweise wird verwendet, um Enzyme für den industriellen Einsatz zu erzeugen. Doch auch wenn solche Mikroorganismen längst zum biotechnologischen Alltag gehören, ist man noch weit davon entfernt, ihr Verhalten vollständig zu verstehen: So kann es etwa vorkommen, dass die Industriestämme spontan ihre Leistung verringern und unbrauchbar werden. Auch auf der Ebene der RNA-Technologien gibt es noch kaum Studien zu diesen Mikroorganismen.

Mit Unterstützung des Bundesministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW) und des Industriepartners Novozymes wurde an der TU Wien nun ein Christian Doppler Labor (CD-Labor) eröffnet, in dem Pilze untersucht werden, die Kohlenhydrat-aktive Enzyme produzieren.

„Kohlenhydrat-aktive Enzyme spielen in vielen Industriezweigen eine wichtige Rolle. Insbesondere in solchen, die an klimaschonenden Formen der Energiegewinnung, wie der Aufbereitung von Stroh oder Sägemehl, arbeiten“, so Vizekanzler und Bundesminister für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft Dr. Reinhold Mitterlehner. „Von effizienteren und kostengünstigeren Enzymen profitieren auch die vielen österreichischen Unternehmen, die sich um solche klimaschonende Technologien bemühen. Damit trägt die Forschung im CD-Labor zu Nachhaltigkeit und Klimaschutz bei und stärkt gleichzeitig auch den Wirtschaftsstandort Österreich.“

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Burn-out in der Petri-Schale

„Ein großes Problem für die Industrie ist die Stammdegeneration“, sagt Astrid Mach-Aigner, die Leiterin des neuen CD-Labors. „In allen Bereichen der Biotechnologie beobachtet man, dass die Leistung industriell genutzter Mikroorganismenstämme ohne erkennbaren Grund abnimmt. Manchmal wird ein Stamm im Lauf der Zeit kontinuierlich schlechter, manchmal verliert ein Stamm aber auch ganz abrupt, mitten im Fermentationsprozess, seine gewünschten Eigenschaften, und der gesamte Produktionsschritt war umsonst.“

Man könnte meinen, dass es sich dabei um zufällige Mutationen handelt, doch die DNA-Sequenz der Pilze hat mit dieser Art von Stammdegeneration gar nichts zu tun. „Es handelt sich um epigenetische Effekte“, sagt Astrid Mach-Aigner. „Die Eigenschaften der Pilze werden nicht bloß von ihrer DNA festgelegt, es gibt eine Vielzahl von Prozessen, die darüber entscheiden, wie sich die Pilze verhalten.“ So können etwa bestimmte Proteine dafür sorgen, dass gewisse Abschnitte der DNA blockiert werden. Die DNA ist manchmal dichter und manchmal lockerer gepackt – auch das beeinflusst das Ergebnis.

Große Rätsel hält die RNA bereit: „Man kennt gewisse RNA-Abschnitte, die nicht wie gewöhnliche RNA als Bauplan für die Erzeugung von Proteinen dienen“, sagt Mach-Aigner. „Man spricht dann von nichtcodierender RNA.“ Trotzdem handelt es sich dabei keineswegs um bedeutungslosen genetischen Datenmüll. Es gibt Hinweise darauf, dass diese nichtcodierende RNA eine wichtige Bedeutung für die Aktivierung bestimmter Gene hat. Gerade die Abschnitte der RNA, die auf den ersten Blick keine wesentliche Funktion zu haben scheinen, könnten daher eine große Bedeutung für Produktivität der Pilze haben. Im neuen CD-Labor soll diesen Fragen nun gezielt nachgegangen werden.

BMWFW fördert anwendungsorientierte Grundlagenforschung

Das „Christian Doppler Labor für optimierte Expression von Kohlehydrat-aktiven Enzymen“ läuft bereits seit Oktober 2016, nun wurde bei einer Eröffnungsfeier an der TU Wien der offizielle Startschuss gesetzt. In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende WissenschafterInnen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das österreichische Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW).

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