{"id":118003,"date":"2022-11-02T07:08:00","date_gmt":"2022-11-02T06:08:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=118003"},"modified":"2022-10-31T11:55:21","modified_gmt":"2022-10-31T10:55:21","slug":"entengrutze-zur-gewinnung-von-ol-fur-biokraftstoffe-und-bioprodukte","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/entengrutze-zur-gewinnung-von-ol-fur-biokraftstoffe-und-bioprodukte\/","title":{"rendered":"Entengr\u00fctze zur Gewinnung von \u00d6l f\u00fcr Biokraftstoffe und Bioprodukte"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Wissenschaftler des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums und Mitarbeiter des Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) haben Wasserlinsen so manipuliert, dass sie hohe \u00d6lertr\u00e4ge liefern. Das Team f\u00fcgte einer der am schnellsten wachsenden Wasserpflanzen der Natur Gene hinzu, die die Synthese von Fetts\u00e4uren “anschieben”, diese Fetts\u00e4uren in \u00d6l umwandeln und das \u00d6l vor dem Abbau “sch\u00fctzen”. Wie die Wissenschaftler in einem im Plant Biotechnology<\/em>Journal<\/em> ver\u00f6ffentlichten Artikel erl\u00e4utern, k\u00f6nnten solche \u00f6lreichen Wasserlinsen leicht geerntet werden, um Biokraftstoffe oder andere Bioprodukte herzustellen.<\/p>\n\n\n\n

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Biochemiker aus Brookhaven haben Entengr\u00fctze, eine Wasserpflanze, so ver\u00e4ndert, dass sie gro\u00dfe Mengen an \u00d6l produziert. In gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab k\u00f6nnte dieser Ansatz nachhaltige biobasierte Kraftstoffe erzeugen, ohne mit hochwertigen Anbaufl\u00e4chen zu konkurrieren, und m\u00f6glicherweise auch landwirtschafltiche Abw\u00e4sser reinigen<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

In dem Artikel wird beschrieben, wie die Wissenschaftler eine Entengr\u00fctze, Lemna japonica<\/em>, so ver\u00e4ndert haben, dass sie fast 10 Prozent ihres Trockengewichts an Biomasse an \u00d6l anreichert. Das ist eine dramatische Steigerung um das 100-fache im Vergleich zu solchen Pflanzen, die in der freien Natur wachsen – mit Ertr\u00e4gen, die mehr als siebenmal h\u00f6her sind als die von Sojabohnen, der derzeit gr\u00f6\u00dften Quelle f\u00fcr Biodiesel.<\/p>\n\n\n\n

“Entengr\u00fctze w\u00e4chst schnell”, sagt der Biochemiker John Shanklin vom Brookhaven Lab, der das Team leitete. “Sie hat nur winzige St\u00e4ngel und Wurzeln, so dass der gr\u00f6\u00dfte Teil ihrer Biomasse in blatt\u00e4hnlichen Wedeln steckt, die weltweit auf der Oberfl\u00e4che von Teichen wachsen. Unsere Technik sorgt f\u00fcr einen hohen \u00d6lgehalt in all dieser Biomasse.<\/p>\n\n\n\n

“Der Anbau und die Ernte dieser manipulierten Wasserlinse in Chargen und die Extraktion ihres \u00d6ls k\u00f6nnten ein effizienter Weg zur erneuerbaren und nachhaltigen \u00d6lproduktion sein”, sagte er.<\/p>\n\n\n\n

Zwei zus\u00e4tzliche Vorteile: Als Wasserpflanze konkurriert die \u00f6lproduzierende Wasserlinse nicht mit dem Nahrungsmittelanbau um die besten landwirtschaftlichen Fl\u00e4chen. Sie kann sogar auf Abw\u00e4ssern von Schweine- und Gefl\u00fcgelfarmen wachsen.<\/p>\n\n\n\n

“Das bedeutet, dass diese Pflanze m\u00f6glicherweise landwirtschaftliche Abfallstr\u00f6me s\u00e4ubern k\u00f6nnte, w\u00e4hrend sie \u00d6l produziert”, so Shanklin.<\/p>\n\n\n\n

Zwei Forschungseinrichtungen auf Long Island im Einsatz<\/h3>\n\n\n\n

Das aktuelle Projekt hat seine Wurzeln in der Forschung des Brookhaven Labs \u00fcber Wasserlinsen aus den 1970er Jahren, die von William S. Hillman in der Abteilung f\u00fcr Biologie geleitet wurde. Sp\u00e4ter arbeiteten andere Mitglieder des Fachbereichs Biologie mit der Martienssen-Gruppe in Cold Spring Harbor zusammen, um eine hocheffiziente Methode f\u00fcr die Expression von Genen anderer Arten in Wasserlinsen zu entwickeln, zusammen mit Ans\u00e4tzen zur Unterdr\u00fcckung der Expression von Wasserlinsen-eigenen Genen, wie gew\u00fcnscht.<\/p>\n\n\n\n

Als Brookhaven-Forscher unter der Leitung von Shanklin und Jorg Schwender in den letzten zwei Jahrzehnten die wichtigsten biochemischen Faktoren identifizierten, die die \u00d6lproduktion und -akkumulation in Pflanzen steuern, bestand ein Ziel darin, dieses Wissen und die genetischen Werkzeuge zu nutzen, um zu versuchen, die \u00d6lproduktion von Pflanzen zu ver\u00e4ndern. In den j\u00fcngsten Forschungsarbeiten, \u00fcber die hier berichtet wird, wurde dieser Ansatz getestet, indem die Gene, die diese \u00d6lproduktionsfaktoren steuern, in Wasserlinsen eingebaut wurden, um deren kombinierte Auswirkungen zu untersuchen.<\/p>\n\n\n\n

“Das aktuelle Projekt vereint die Expertise des Brookhaven Labs in der Biochemie und Regulierung der pflanzlichen \u00d6lbiosynthese mit den hochmodernen Genomik- und Genetikf\u00e4higkeiten von Cold Spring Harbor”, so Shanklin.<\/p>\n\n\n\n

Eines der von den Brookhavener Forschern identifizierten \u00d6lproduktionsgene treibt die <\/em>Produktion der Grundbausteine des \u00d6ls, der so genannten Fetts\u00e4uren, voran <\/em>. Ein anderes setzt<\/em> diese Fetts\u00e4uren zu Molek\u00fclen zusammen, die als Triacylglycerine (TAG) bezeichnet werden – Kombinationen aus drei Fetts\u00e4uren, die sich zu den Kohlenwasserstoffen verbinden, die wir \u00d6le nennen. Das dritte Gen produziert ein Protein, das die \u00d6ltr\u00f6pfchen in den Pflanzengeweben umh\u00fcllt und sie so vor dem Abbau sch\u00fctzt<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

In Vorarbeiten fanden die Wissenschaftler heraus, dass ein erh\u00f6hter Fetts\u00e4uregehalt, der durch das “Push”-Gen ausgel\u00f6st wird, sch\u00e4dliche Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum haben kann. Um diese Auswirkungen zu vermeiden, koppelte der Postdoktorand Yuanxue Liang vom Brookhaven Lab das Gen mit einem Promotor, der durch die Zugabe einer winzigen Menge eines bestimmten chemischen Ausl\u00f6sers aktiviert werden kann.<\/p>\n\n\n\n

“Durch das Hinzuf\u00fcgen dieses Promotors bleibt das Push-Gen ausgeschaltet, bis wir den Induktor hinzuf\u00fcgen, wodurch die Pflanzen normal wachsen k\u00f6nnen, bevor wir die Fetts\u00e4ure-\/\u00d6lproduktion einschalten”, so Shanklin.<\/p>\n\n\n\n

Liang schuf dann eine Reihe von Genkombinationen, um die verbesserten Push-, Pull- und Protect-Faktoren einzeln, in Paaren und alle zusammen zu exprimieren. In der Ver\u00f6ffentlichung werden diese als W, D und O abgek\u00fcrzt, um ihre biochemischen\/genetischen Namen zu bezeichnen, wobei W=push, D=pull und O=protect.<\/p>\n\n\n\n

Die wichtigsten Ergebnisse<\/h3>\n\n\n\n

Die \u00dcberexpression jeder einzelnen Genver\u00e4nderung allein f\u00fchrte nicht zu einem signifikanten Anstieg der Fetts\u00e4urekonzentration in den Wedeln von Lemna japonica<\/em>. Pflanzen, die mit allen drei Modifikationen ausgestattet waren, akkumulierten jedoch bis zu 16 Prozent ihres Trockengewichts in Form von Fetts\u00e4uren und 8,7 Prozent in Form von \u00d6l, wenn die Ergebnisse \u00fcber mehrere verschiedene transgene Linien gemittelt wurden. Die besten Pflanzen akkumulierten bis zu 10 Prozent TAG – mehr als das 100-fache der \u00d6lmenge, die sich in unver\u00e4nderten Wildtyp-Pflanzen ansammelt.<\/p>\n\n\n\n

Einige Kombinationen von zwei Modifikationen (WD und DO) steigerten den Fetts\u00e4uregehalt und die TAG-Akkumulation im Vergleich zu ihren Einzelwirkungen dramatisch. Diese Ergebnisse werden als synergistisch bezeichnet, wenn die kombinierte Wirkung von zwei Genen die Produktion st\u00e4rker erh\u00f6ht als die Summe der beiden einzelnen Ver\u00e4nderungen.<\/p>\n\n\n\n

Diese Ergebnisse wurden auch in Bildern von Lipidtr\u00f6pfchen in den Wedeln der Pflanzen sichtbar, die mit einem konfokalen Mikroskop am Center for Functional Nanomaterials (CFN), einer Einrichtung des DOE Office of Science am Brookhaven Lab, aufgenommen wurden. Als die Wedel der Wasserlinsen mit einer Chemikalie angef\u00e4rbt wurden, die an \u00d6l bindet, zeigten die Bilder, dass Pflanzen mit jeder Zwei-Gene-Kombination (OD, OW, WD) im Vergleich zu Pflanzen, bei denen diese Gene einzeln exprimiert wurden, eine verst\u00e4rkte Anh\u00e4ufung von Lipidtr\u00f6pfchen aufwiesen – auch im Vergleich zu Kontrollpflanzen ohne genetische Ver\u00e4nderung. Pflanzen der OD- und OWD-Linien wiesen beide gro\u00dfe \u00d6ltr\u00f6pfchen auf, aber die OWD-Linie hatte mehr davon und erzeugte die st\u00e4rksten Signale.<\/p>\n\n\n\n

“Zuk\u00fcnftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, Push-, Pull- und Protect-Faktoren aus verschiedenen Quellen zu testen, die Expressionsst\u00e4rke der drei \u00f6linduzierenden Gene zu optimieren und den Zeitpunkt ihrer Expression zu verfeinern”, so Shanklin. “Dar\u00fcber hinaus arbeiten wir daran, die Produktion vom Labor auf die industrielle Ebene zu \u00fcbertragen. <\/p>\n\n\n\n

Diese Arbeiten zur Ma\u00dfstabsvergr\u00f6\u00dferung haben mehrere Schwerpunkte: 1) die Entwicklung von Gro\u00dfkulturgef\u00e4\u00dfen f\u00fcr den Anbau der modifizierten Pflanzen, 2) die Optimierung der Wachstumsbedingungen im gro\u00dfen Ma\u00dfstab und 3) die Entwicklung von Methoden zur effizienten Extraktion von \u00d6l in hohen Konzentrationen.<\/p>\n\n\n\n

Diese Arbeit wurde vom DOE Office of Science (BER) finanziert. Das CFN wird auch vom Office of Science (BES) unterst\u00fctzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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