{"id":12497,"date":"2010-12-09T00:00:00","date_gmt":"2010-12-08T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20101209-02n"},"modified":"2010-12-09T00:00:00","modified_gmt":"2010-12-08T22:00:00","slug":"schaum-aus-bakterien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/schaum-aus-bakterien\/","title":{"rendered":"Schaum aus Bakterien"},"content":{"rendered":"

In allen Waschmitteln oder Haushaltsreinigern sind Tenside enthalten, die den Schmutz binden und l\u00f6slich machen. Bisher wurden sie aus organischen Stoffen im Erd\u00f6l synthetisiert. Im Zuge der Nachhaltigkeitsdebatte richten immer mehr Hersteller ihr Auge auf biologische Alternativen.<\/b> <\/p>\n

Die Forschungsgruppe von Dr. Rudolf Hausmann untersucht am Karlsruhe Institute of Technology (KIT), unter welchen Bedingungen Mikroorganismen sogenannte Biotenside produzieren. Diese Substanzen sind genauso wirksam wie ihre synthetischen Verwandten und dazu biologisch abbaubar. Wie kann man Bakterien zu einer kosteng\u00fcnstigen Massenproduktion bewegen? Und wie k\u00f6nnten auch die Pharma-, Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie profitieren?<\/p>\n

Tenside sind Molek\u00fcle, die einen wasserl\u00f6slichen und einen fettl\u00f6slichen Teil aufweisen. Die fettl\u00f6slichen Bereiche k\u00f6nnen sich an Schmutzpartikel oder andere fettige Substanzen anlagern und um sie eine Schicht bilden. Die wasserl\u00f6slichen Bereiche ragen dann nach au\u00dfen und sind in einem w\u00e4ssrigen Medium l\u00f6sbar. Auf diese Weise helfen Tenside, Schmutz von Kleidung oder Essensreste von Tellern abzul\u00f6sen. Tenside sind Hauptbestandteile von Waschmitteln, Seifen oder Haushaltsreinigern. <\/p>\n

“In der Industrie herrscht ein gro\u00dfer Bedarf an diesen Stoffen”, sagt Dr. Rudolf Hausmann vom Bereich Technische Biologie, der von Prof. Christoph Syldatk geleitet wird, am Institut f\u00fcr Bio- und Lebensmitteltechnik des Karlsruhe Institute of Technology (KIT). “Bisher werden vor allem petrochemisch basierte Tenside hergestellt, aber in den letzten Jahren w\u00e4chst der Bedarf an biologisch abbaubaren Tensiden auf Basis nachwachsender Rohstoffe.”<\/p>\n

Ein Zwei-Stufen-Prozess in Edelstahlkesseln<\/b>
Biotenside stellen eines der Interessensgebiete von Hausmanns Arbeitsgruppe dar. “Als wir vor sieben Jahren mit diesem Thema anfingen, wollte niemand etwas davon wissen”, sagt der Forscher. “Heute m\u00fcssen wir teilweise Projektangebote aus der Gro\u00dfindustrie ablehnen, weil wir so viel zu tun haben.” <\/p>\n

\"Reaktor\"\/Die Karlsruher untersuchen vor allem sogenannte “Rhamnolipide”. Das sind Molek\u00fcle, deren wasserl\u00f6slicher Anteil durch verschiedene Kombinationen des Zuckers Rhamnose gebildet wird. Den fettl\u00f6slichen Anteil bilden verschiedene Fetts\u00e4uren. Rhamnolipide werden von Mikroorganismen produziert, zum Beispiel von den Bakterien der Pseudomonas-Familie. Die Mikroorganismen brauchen diese Substanzen, um pflanzliche \u00d6le unter Mangelbedingungen aus der Umgebung in L\u00f6sung zu bringen und als Energiequelle in ihr Inneres aufzunehmen. Die Forscher versuchen, Pseudomonas-Bakterien unter solchen Bedingungen in einem Bioreaktor zu z\u00fcchten und eine optimale Ausbeute zu erreichen.<\/p>\n

“Das Hauptproblem im Hinblick auf eine industrielle Produktion ist, dass man die Produktionskosten soweit wie m\u00f6glich senken muss”, sagt Hausmann “Unsere Herausforderung ist es, in unseren Bioreaktoren erstens so viel Biomasse wie m\u00f6glich zu erzeugen und zweitens aus dieser Biomasse so viel gew\u00fcnschte Substanzen wie m\u00f6glich zu gewinnen.” <\/p>\n

Was in den Edelstahlkesseln mit der gr\u00fcnen Suspension im Labor von Hausmanns Forschungsgruppe abl\u00e4uft, ist also ein sogenannter Zwei-Stufen-Prozess: Der erste Schritt ist die Wachstumsphase, der zweite die Produktionsphase. Die Ausbeute ist schon heute relativ hoch. Hausmann und sein Team gewinnen etwa 40 Gramm Rhamnolipide aus einem Liter Bakteriensuspension, rund das Tausendfache der nat\u00fcrlichen Produktivit\u00e4t von Bakterien. Aber damit das Verfahren industriell rentabel wird, muss es noch mal um den Faktor zehn zeitlich verk\u00fcrzt und die erreichbare Konzentration muss weiter erh\u00f6ht werden.<\/p>\n

Aspekte des bakteriellen Stoffwechsels im Fokus<\/b>
Welche Rahmenbedingungen m\u00fcssen im Bioreaktor eingestellt werden, damit dies erreicht werden kann? Hausmann und sein Team testen verschiedene Parameter. Sie stellten in Experimenten fest, dass die Bakterien in der Produktionsphase vor allem allgemeinem Stress ausgesetzt werden m\u00fcssen, damit sie Rhamnolipide erzeugen. Allgemeiner Stress bedeutet zum Beispiel einen Mangel an Eisen- oder Kupferionen. Au\u00dferdem muss die Zelldichte hoch genug sein. Die Mikroorganismen sind vor allem dann willig, die gew\u00fcnschten Substanzen herzustellen, wenn sie besonders dicht “aufeinander hocken”. “Diese Bedingungen sind in normalen Sch\u00fcttelkolben nicht so leicht nachzustellen”, sagt Hausmann. “Das geht nur im Bioreaktor.”<\/p>\n

Um die Produktivit\u00e4t zu optimieren, m\u00fcssen die Forscher auch verstehen lernen, wie sich die limitierenden Bedingungen im Wachstumsmedium auf die Physiologie der Bakterien auswirken. Mit verschiedenen Kooperationspartnern untersuchen sie daher auch Aspekte des bakteriellen Stoffwechsels. K\u00f6nnen gezielte molekularbiologische Eingriffe in den Metabolismus eine h\u00f6here Ausbeute erzielen? Moderne Techniken der Systembiologie werden in Zukunft gefragt sein (zum Beispiel des sogenannten Metabolic engineering). Dieser vielversprechende Ansatz wird bereits in einem von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe gef\u00f6rderten Projekt verfolgt. <\/p>\n

In einem weiteren aktuellen Projekt der Landesstiftung Baden-W\u00fcrttemberg gehen die Forscher um Hausmann das Problem au\u00dferdem mit einem computergest\u00fctzten Ansatz an. “Es geht hierbei um eine modellgest\u00fctzte Prozesskontrolle”, erkl\u00e4rt Hausmann. “Wir betrachten die molekulare Ebene und fragen zum Beispiel, welche Regulatoren wann eingeschaltet sein m\u00fcssen. Das untersuchen wir dann auch in Computermodellen.”<\/p>\n

Blitzblanke Tanks<\/b>
Biotenside haben neben ihrer biologischen Abbaubarkeit noch einen weiteren Vorteil. Sie weisen eine hohe strukturelle Vielfalt auf (es sind heute rund Zweitausend verschiedene Molek\u00fclspezies bekannt). W\u00e4hrend es der Wasch- und Reinigungsmittelindustrie um die allgemeine Wirksamkeit und die Kosten geht, sind f\u00fcr Pharma-, Lebensmittel- oder Kosmetikhersteller durchaus spezifische chemische Eigenschaften von Tensiden interessant. Den Kooperationspartnern des Hausmann-Teams aus der Pharmaindustrie geht es zum Beispiel um konkrete chemische Charakteristika, die sich f\u00fcr therapeutische Zwecke ausnutzen lassen. Deshalb versuchen die Karlsruher Forscher, Biotenside gezielt zu modifizieren, etwa durch das Anh\u00e4ngen verschiedener Molek\u00fclgruppen (zum Beispiel unterschiedlicher Zucker) an die Fetts\u00e4ureger\u00fcste. “In diesem Zusammenhang untersuchen wir die M\u00f6glichkeiten einer enzymatischen Umsetzung”, sagt Hausmann. Das k\u00f6nnte in Zukunft auch f\u00fcr die Lebensmittel- und Kosmetikbranche interessant werden.<\/p>\n

Die Markteinf\u00fchrung von Rhamnolipiden ist laut Hausmann nur noch eine Frage der Zeit. Inzwischen arbeiten er und seine Mitarbeiter eifrig an der Optimierung der Herstellungsprozesse in ihren Bioreaktoren. Um eines m\u00fcssen sie sich dabei nicht k\u00fcmmern. “Sp\u00fclen m\u00fcssen wir unsere Bioreaktoren nach einem Experiment nicht”, sagt Hausmann. “Die Bakterien produzieren so viel Sp\u00fclmittel, dass die Tanks nach Ablassen des Inhalts blitzblank sind.”<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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