Mikroorganismen, die von Licht leben, stellen Industrieprodukte her

6. August 2015, 11:23
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Photosynthese betreibende Cyanobakterien eignen sich als Biokatalysatoren

Bochum – Die Neuerschließung von Ölvorkommen nimmt seit den 1980er-Jahren kontinuierlich ab, die fossilen Ressourcen unseres Planeten werden eines Tages versiegt sein. Grund genug für Wissenschafter, sich nach neuen Wegen für die Produktion bestimmter Substanzen, ohne auf Erdöl angewiesen zu sein. Photoautotrophe Organismen sind eine mögliche Option. Ihr großer Vorteil ist: Die Einzeller gewinnen ihre Energie aus Licht und müssen nicht kostspielig gefüttert werden. Forschern der Ruhr-Universität Bochum (RUB) ist es nun gelungen, mehrere industriell nutzbare Biokatalysatoren mithilfe dieser photosynthetisch arbeitenden Mikroorganismen herzustellen.

Organismen wie Cyanobakterien benötigen für die Enzymsynthese lediglich Licht, Wasser, Nährsalze und CO2 als Ausgangsstoffe, aber keine komplexen Kohlenstoffe wie Zucker. Mithilfe dieser "grünen Zellfabriken" stellten die Bochumer Wissenschafter um Marc Nowaczyk und Robert Kourist Enzyme her, mit denen sie wiederum wertvolle Pharmastoffe produzieren konnten. Sie schleusten zu diesem Zweck Gene für die Enzymproduktion in die Mikroorganismen ein. "Besonders wichtig war die Beobachtung, dass die Zellbestandteile der Cyanobakterien mit der katalytischen Aktivität kompatibel sind," erklärt Kourist die im Fachjournal "Microbial Cell Factories" präsentierten Studienergebnisse. "Die Photosynthese zu nutzen, um industrielle Enzyme aus Kohlendioxid und Wasser herzustellen, ist ein neuer und umweltfreundlicher Ansatz."

Sauberes Ergebnis

In vielen katalytischen Prozessen entsteht nicht nur das gewünschte Produkt, sondern auch eine Reihe von Nebenprodukten, die mühsam herausgefiltert werden müssen. Besonders häufig bringen die chemischen Reaktionen zwei Substanzen hervor, deren chemische Strukturen sich wie Bild und Spiegelbild verhalten; man spricht von Enantiomeren. Mit ihrem Verfahren gelang es den Bochumer Forschern, hauptsächlich die gewünschte Form zu erzeugen – eine Voraussetzung für eine pharmazeutische Anwendung.

Um die "grünen Zellfabriken" in Zukunft erfolgreich anzuwenden, muss die Technologie allerdings noch effizienter werden. Das erfordert Cyanobakterien, die schneller wachsen und nicht mehr auf wertvolles Süßwasser angewiesen sind. "Mehrere cyanobakterielle Stämme haben dafür ein herausragendes Potenzial", so Nowaczyk. Das Bochumer Team arbeitet bereits an einer Optimierung der "Zellfabriken"; konkret wollen die Forscher den photosynthetischen Elektronentransport verbessern. (red, 6.8.2015)

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