Ein aufw\u00e4ndiges Forschungsprojekt hat 28.000 Gene aus Bakterien isoliert, die in Rinderm\u00e4gen Zellulose aufspalten helfen. Sie sollen zu neuen Enzymen f\u00fchren, die Pflanzenreste hocheffizient in Biosprit verwandeln.<\/b><\/p>\n
Der letzte Schrei in der Herstellung von Biosprit sind gentechnisch ver\u00e4nderte Mikroben. Statt wertvolle Nahrungspflanzen zu verschwenden, sollen sie Kraftstoffe aus Pflanzenabf\u00e4llen produzieren und damit deren bislang d\u00fcrftige \u00d6kobilanz verbessern. Was in Laborfermentern bereits gelingt, ist aber von einer industriellen Anwendung noch weit entfernt. US-Forscher hoffen nun, im Verdauungstrakt von K\u00fchen den Schl\u00fcssel zum Durchbruch gefunden zu haben.<\/p>\n
Ein Problem f\u00fcr die Biospritproduktion aus Pflanzenresten sind die langkettigen Molek\u00fcle Zellulose und Lignin, die bis zu 80 Prozent der Pflanzenmasse ausmachen und vor allem in den St\u00e4ngeln enthalten sind. Um sie in jene Zuckermolek\u00fcle aufzuspalten, aus denen Mikroben etwa Bioethanol machen k\u00f6nnen, ist man derzeit auf synthetische Enzyme angewiesen. <\/p>\n
Die aber sind viel zu teuer. Soll Zellulose-Biosprit wirtschaftlich werden, m\u00fcsse man die Enzymkosten mindestens halbieren, besser noch auf ein F\u00fcnftel reduzieren, sagt Frances Arnold, Biochemikerin am California Institute of Technology.<\/p>\n
“Das wird aber nur mit neuen Enzymen gelingen, die leistungsf\u00e4higer sind”, sagt Eddy Rubin, Direktor des Joint Genome Institute des US-Energieministeriums. Deshalb suchen er und viele andere Forscher nach Bakterien, die noch unbekannte Turboenzyme enthalten.<\/p>\n
Zwar mangelt es auf der Erde nicht an Einzellern mit bemerkenswerten chemischen Werkzeugen, mit denen sie diverse Aufgaben meistern. Doch dummerweise lassen sich 99,9 Prozent aller bekannten Bakterien nicht im Labor kultivieren, so dass die Forschung lange Zeit nur auf einen begrenzten Pool an Genen zur\u00fcckgreifen konnte. <\/p>\n
Mit Hilfe der Gentechnik k\u00f6nnen Wissenschaftler zumindest dieses Problem umgehen: Sie sequenzieren die Gene, ohne die Einzeller in Petrischalen z\u00fcchten zu m\u00fcssen. In dem Datenmaterial suchen sie dann nach Genen, die eine interessante Stoffwechselfunktion kodieren. Allerdings muss man immer noch geeignete Bakterien isolieren.<\/p>\n
Rubins Gruppe wandte sich deshalb 2007 zun\u00e4chst Termiten zu. In deren M\u00e4gen befinden sich Zellulasen \u2013 Enzyme, die Zellulose aufbrechen \u2013, die m\u00fchelos Holzreste in Zucker zerlegen. Weil Termiten aber winzige Verdauungstrakte haben, sei es schwierig gewesen, genug Bakterien und damit genug Genmaterial zu isolieren, sagt Rubin.<\/p>\n
K\u00fche sind da deutlich ergiebiger: Ihr Pansen fasst 150 Liter Pflanzennahrung. Eine neue, von Agrarwissenschaftlern entwickelte Technologie erm\u00f6glichte schlie\u00dflich die Genjagd im Rind: Den Tieren wird eine Art Bullauge in die Flanke eingesetzt, durch das die Forscher direkt in den Pansen hineinschauen und auch Proben entnehmen k\u00f6nnen. <\/p>\n
Mit dieser k\u00fcnstlichen Fistel zwischen Pansen und Haut wird der Magen einer lebenden Kuh zum Labor. Gemeinsam mit Forschern der University of Illinois deponierten Rubin und seine Kollegen Grasb\u00fcschel im Pansen und nahmen die Reste nach 48 Stunden wieder heraus. Auf den verbliebenen Halmen fanden sich zahlreiche Bakterien, die bei der Verdauung des Grases helfen.<\/p>\n
Anschlie\u00dfend sequenzierten die Biochemiker die Gene der so gefundenen Bakterien. Dank der gro\u00dfen Menge an Mikroben erhielten sie reichlich Genmaterial: insgesamt 250 Milliarden Basenpaare \u2013 zehnmal mehr als im menschlichen Genom enthalten sind.<\/p>\n
Am Lawrence Berkeley National Lab wurden die Daten mit Hilfe von Hochleistungsrechnern mit den Gensequenzen von Enzymen verglichen, die nachweislich Kohlenwasserstoffe zerlegen k\u00f6nnen. Ergebnis war eine Liste von 28.000 Genen. 90 Prozent von diesen bauten die Forscher nun in Laborbakterien ein, die daraufhin die entsprechenden Eiwei\u00dfe bildeten. Die H\u00e4lfte der Proteine entpuppte sich als Enzyme, die Zellulose aufspalten k\u00f6nnen.<\/p>\n
Wie die neue Datenbank praktisch genutzt wird, ist noch nicht klar. “Das ist die reinste Enzyklop\u00e4die, mit der man nun arbeiten muss”, sagt Rubin.<\/p>\n
Bislang hat man effizientere Enzyme auf zwei Arten zu gewinnen versucht. Eine M\u00f6glichkeit ist, die Aktivit\u00e4t der Enzyme chemisch zu steigern. Bei der anderen sucht man nach Enzymen, die auch unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen oder hohen Salzkonzentrationen in Wasser funktionieren \u2013 Bedingungen, die die Aufspaltung von Zellulose erleichtern k\u00f6nnten, aber die \u00fcblicherweise verwendeten Enzyme angreifen.<\/p>\n
David Weiner, Forschungsleister beim Enzymhersteller Verenium, h\u00e4lt das Ergebnis der Studie f\u00fcr vielversprechend. Nachdem er bereits an Rubins Termiten-Studie beteiligt war, plant er nun, auch einen Blick in andere Wiederk\u00e4uer wie Zebras zu werfen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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