Cyanobakterien produzieren Feinchemikalien

Chemische Prozesse nachhaltig gestalten

Bochumer Forscher haben Cyanobakterien so verändert, dass sie die Synthese wertvoller Feinchemikalien katalysieren. Die für die enzymatische Katalyse notwendige Energie produzieren die Mikroorganismen durch Fotosynthese selbst.

Prof. Dr. Robert Kourist (links) und Dr. Marc Nowaczyk sind sich sicher, dass ihre gentechnisch veränderten Cyanobakterien helfen werden, die chemische Industrie sauberer zu machen. (© RUB, Marquard)

Ziel: Energieverbrauch verringern
Die chemische Industrie verbraucht enorme Mengen fossiler Energie und produziert gleichzeitig viel Abfall. Der Bedarf an neuen, umweltfreundlichen Prozessen und Produkten ist daher groß.

An der RUB forschen zwei Wissenschaftler an einem ressourcenschonenderen und damit nachhaltigeren Ansatz: Prof. Dr. Robert Kourist und Dr. Marc Nowaczyk ist es gelungen, Cyanobakterien gentechnisch so zu verändern, dass sie Enzyme produzieren, mit denen sich Chemikalien herstellen lassen. Die Energie, die sie zur Katalyse der Vorgänge benötigen, gewinnen die Bakterien direkt aus Sonnenlicht. Über die Arbeit berichtet die Fachzeitschrift „Angewandte Chemie".

Die Sonne liefert die notwendige Energie
Um ihrer Funktion als Biokatalysatoren nachzukommen, benötigen viele Enzyme chemische Energie. Die muss man ihnen für gewöhnlich in Form von Zucker oder anderen energiereichen Verbindungen zuführen. Die Bochumer Forscher nutzen den Umstand aus, dass Cyanobakterien, ähnlich wie Pflanzen, Fotosynthese betreiben und auf diese Weise Sonnenlicht als Energiequelle heranziehen können. Die gentechnisch veränderten Mikroben sind in der Lage, die gewünschten Enzyme mit eben dieser Energie zu versorgen, was sie unabhängig von Zucker macht.

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Keine unerwünschten Nebenprodukte
Für ihre Arbeit verwendeten die Bochumer Biologen erstmals gentechnisch veränderte lebende Cyanobakterien. „Besonders wichtig ist uns die Beobachtung, dass die Cyanobakterien in unseren Versuchen ausschließlich die Synthese der gewünschten Chemikalie katalysierten und damit selektiv arbeiteten", so Marc Nowaczyk.

In vielen katalytischen Prozessen entsteht nicht nur ein Produkt, sondern noch ein spiegelbildliches. Das müssen die Forscher aufgrund seiner abweichenden biologischen Wirkung zunächst mühsam abtrennen. „Die ausgezeichnete Selektivität ist eine wichtige Voraussetzung für eine industrielle Nutzung", erklärt Robert Kourist.

Breites Anwendungsspektrum
Die Versuche zeigten zudem, dass Enzyme aus anderen Organismen erfolgreich in Cyanobakterien eingeführt werden können. Damit kann das Verfahren für eine Vielzahl an Reaktionen eingesetzt werden.

„Die chemische Industrie muss noch sauberer werden", formuliert Robert Kourist das große Ziel der Forscher. Die Fotosynthese für die Katalyse chemischer Reaktionen zu nutzen, sei ein vielversprechender Ansatz in diese Richtung.

Originalveröffentlichung:
K. Köninger, A. Gomez-Baraibar, C. Mügge, C. Paul., F. Hollmann, M. Nowaczyk, R. Kourist (2016): Recombinant cyanobacteria as tools for asymmetric C=C bond reduction fueled by biocatalytic water oxidation, Angewandte. Chemie, DOI: 10.1002/anie.201601200

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Robert Kourist
Nachwuchsgruppe Mikrobielle Biotechnologie, Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
E-Mail: robert.kourist@rub.de

Dr. Marc Nowaczyk
Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen, Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Ruhr-Universität Bochum
E-Mail: marc.m.nowaczyk@rub.de

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