Verfahren wird bereits eingesetzt
Sägespäne, Stroh oder Getreidespelzen mit nur einem Mikroorganismus möglichst effizient in nachhaltigen Treibstoff umsetzen: Dazu haben UDE-Forscher einen wichtigen Beitrag geleistet. Ihr in Nature Communications veröffentlichter Ansatz aus Experiment und theoretischer Simulation unterstützt laut einer Medienmitteilung vom 02.04.2020 biotechnologisch Ansätze und führt zu einem Verfahren, das vom Industriepartner bereits in der Produktion eingesetzt wird.
Holzvearbeitung in Vietnam – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify
Biokraftstoff entsteht per definitionem aus biologischen Quellen, die oft auch als Nahrungsmittel genutzt werden könnten, wie Mais, Zuckerrüben oder Sojabohnen. Lignocellulose hingegen, das die holzigen Anteile in Pflanzen ausmacht, findet sich oft als Abfallprodukt nach der Ernte oder im Sägewerk und ist ebenfalls geeignet.
Der Weg vom Pflanzenrest zum Biokraftstoff führt allerdings über sogenannte Hexosen oder Pentosen, d.h. Zucker, die aus sechs bzw. fünf Kohlenstoffatomen bestehen wie z.B. Glukose und Xylose. Ein Mikroorganismus kann in der Regel entweder das eine oder das andere umsetzen. Fünffachzucker sind ein Problem für die gängigen biotechnologisch genutzten Mikroben: Selbst wenn diese mit den benötigten Enzymen ausgestattet werden, sammeln sich zum Beispiel Zwischenprodukte an, die den Organismus lahmlegen oder nachfolgende Reaktionen hemmen.
Ansatz funktioniert im Reagenzglas und im Mikroorganismus
Daher haben sich Wissenschaftler um die UDE-Forscher Prof. Bettina Siebers und Jochen Niemeyer sowie Prof. Jacky Snoep (unten, University of Stellenbosch, Südafrika) mit der Reaktionskette aus fünf Enzymen beschäftigt, in der Xylose zu einem wertvollen Zwischenprodukt auf dem Weg zum Biotreibstoff umgewandelt wird: dem Weimberg-Weg. Ihr am Computer entstandenes Modell – jeweils bestätigt, korrigiert und optimiert durch das anschließende Experiment – erlaubt es nun, eine optimale Reaktionskette im Reagenzglas zu designen. Es gibt eine Anleitung für jedes einzelne Enzym vor: Menge, Inkubationszeit oder mögliche benötigte Cofaktoren wie z.B. Metallionen.
Der Industriepartner Sigma-Aldrich (Merck) setzt bereits ein Enzym des Weimberg-Weges in der Produktion ein. Aber auch anderen Wissenschaftlern steht das Modell über Open-Source-Webplattformen zur Verfügung, denn „faires Datenmanagement ist uns wichtig“, so Siebers. Das Projekt wurde von Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) sowie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
->Quellen:
- uni-due.de/pflanzenreste-zu-biotreibstoff-mit-einem-mikroorganismus
- Lu Shen, Martha Kohlhaas, Junichi Enoki, Roland Meier, Bernhard Schönenberger, Roland Wohlgemuth, Robert Kourist, Felix Niemeyer, David van Niekerk, Christopher Bräsen, Jochen Niemeyer, Jacky Snoep & Bettina Siebers: A combined experimental and modelling approach for the Weimberg pathway optimisation, (Kombinierter experimenteller und Modellierungsansatz für die Weimberg-Pfadoptimierung), in: Nature Communications volume 11, Article number: 1098 (2020)
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