Life Sciences Innovations

Molekularer Schalter für billigeren Bio-Treibstoff

An der TU Wien wurde ein gentechnologischer Trick entdeckt, mit dem Schimmelpilze viel kostengünstiger als bisher für die Produktion von Biotreibstoffen eingesetzt werden können.

Aus ligno-zellulosehaltigen Abfällen wie Sägemehl oder Stroh kann Biotreibstoff erzeugt werden - allerdings nur, wenn es gelingt, die langen Zellulose und Xylan-Ketten in kleinere Zucker-Moleküle aufzubrechen. Dazu verwendet man Schimmelpilze, die mit einem bestimmten chemischen Signal dazu gebracht werden können, die dafür nötigen Enzyme zu produzieren. Weil diese Vorgangsweise allerdings sehr teuer ist, hat man an der TU Wien den molekularen Schalter untersucht, der über die Enzym-Produktion im Schimmelpilz reguliert. So ist es nun gelungen, genetisch modifizierte Schimmelpilze herzustellen, die ganz von selbst die nötigen Enzyme erzeugen und so die Biotreibstoffproduktion deutlich billiger machen können.

Abfallverwertung statt Nahrungsmittelverschwendung

Eine breite Palette von Schimmelpilz-Stämmen wird an der TU Wien verwendet. (Bild: TU Wien)

Aus stärkehaltigen Pflanzen kann bereits heute ohne großen Aufwand Biotreibstoff gewonnen werden - doch damit gerät die Treibstoffproduktion in Konkurrenz zur Lebensmittelerzeugung. Der bessere Weg ist daher, Biotreibstoff aus Ligno-Zellulose herzustellen. "Lignozellulose aus Holzabfällen oder Stroh ist der weltweit häufigste nachwachsende Rohstoff, doch wegen seines komplexen Aufbaus ist er wesentlich schwieriger zu verwerten als Stärke", erklärt Prof. Robert Mach vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften der TU Wien.

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Über 60 mal teurer als Gold

In der Biotreibstoffherstellung macht man sich daher gerne den Schimmelpilz Trichoderma zunutze: Der Pilz erzeugt Enzyme, die in der Lage sind, die Zellulose und Xylan-Ketten zu Zuckermolekülen abzubauen. Allerdings stellt der Pilz diese Enzyme nicht immer her, die Produktion muss mit einem sogenannten "Induktor" (dem Disaccharid Sophorose) angeregt werden. Sophorose als Reinsubstanz hat derzeit einen Marktwert von etwa 2500 Euro pro Gramm - ein Gramm Gold bekommt man im Vergleich dazu bereits um etwa 40 Euro. "Die hohen Kosten für den chemischen Induktor sind ein ganz maßgeblicher Preistreiber in der Biotreibstoffherstellung", sagt Robert Mach.

Dauer-aktiv durch Gen-Mutation

An der TU Wien analysierte man viele verschiedene Schimmelpilz-Stämme mit unterschiedlicher Produktivität. "Bei einem der Stämme war es zu einer zufälligen Mutation gekommen, die dafür sorgt, dass der chemische Schalter des Pilzes nicht mehr funktioniert", berichtet Robert Mach. Auch ohne Induktor produziert dieser mutierte Pilz immer die gewünschten Enzyme und hört im Gegensatz zu anderen Pilz-Stämmen auch nicht damit auf, wenn eine hohe Glucose-Konzentration erreicht ist. "In diesen Pilzen ist der molekularer Schalter immer auf Enzymproduktion gestellt", sagt Christian Derntl, der Erstautor der nun veröffentlichen Publikation.

Durch eine genetische Analyse konnte festgestellt werden, welches Gen für dieses Verhalten nötig ist und auf welches Protein sich die Gen-Mutation auswirkt. Dadurch gelang es, dieselbe Mutation auch bei anderen Pilz-Stämmen gezielt herbeizuführen. "Wir haben den Mechanismus dieses molekularen Schalters verstanden, dadurch eröffnen sich uns ganz großartige Möglichkeiten", sagt Projektgruppen-Leiterin Astrid Mach-Aigner. Nun werden gezielt andere genetische Veränderungen getestet - möglicherweise ergeben sich dadurch sogar noch weitere Verbesserungsmöglichkeiten, die zu noch leistungsfähigeren Schimmelpilzen führen und die Produktion von Treibstoff aus Ligno-Zellulose wirtschaftlich attraktiver machen.

Die Forschungsergebnisse wurden im angesehen Fachjournal "Biotechnology for Biofuels" publiziert: http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/pdf/1754-6834-6-62.pdf

Rückfragehinweis:
Prof. Robert Mach
Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
Technische Universität Wien
Gumpendorfer Straße 1a, 1040 Wien
robert.mach@tuwien.ac.at

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