{"id":127136,"date":"2023-05-25T07:32:00","date_gmt":"2023-05-25T05:32:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=127136"},"modified":"2023-05-18T14:28:25","modified_gmt":"2023-05-18T12:28:25","slug":"mit-ameisensaure-zur-co2-neutralitat","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-ameisensaure-zur-co2-neutralitat\/","title":{"rendered":"Mit Ameisens\u00e4ure zur CO2-Neutralit\u00e4t"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Neue, synthetische Stoffwechselwege zur CO2<\/sub>-Fixierung k\u00f6nnten zuk\u00fcnftig nicht nur dazu beitragen, den CO2<\/sub>-Gehalt der Atmosph\u00e4re zu senken, sondern auch traditionelle Herstellungsverfahren f\u00fcr Pharmazeutika und Wirkstoffe durch kohlenstoffneutrale, biologische Prozesse ersetzen. Eine neue Studie<\/a> zeigt auf, wie CO2<\/sub>\u00a0\u00fcber das Zwischenprodukt Ameisens\u00e4ure zu einem industriellen Wertstoff werden kann.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Angesichts steigender Treibhausgasemissionen ist Carbon Capture<\/em>, die Abscheidung von CO\u2082 aus gro\u00dfen Emissionsquellen, ein wichtiges Thema. In der Natur findet die CO2<\/sub>-Assimilierung seit Jahrmillionen statt, doch reicht ihr Potential l\u00e4ngst nicht mehr aus, um menschengemachte Emissionen zu kompensieren.<\/p>\n\n\n\n

\"Abb.
Abb. 1: Ameisens\u00e4ure bzw. Formiat kann als Kernst\u00fcck einer kohlenstoffneutralen Bio\u00f6konomie dienen, in der es auf (elektro-)chemischem Wege aus CO2<\/sub>\u00a0hergestellt und durch entsprechende enzymatische Verfahren oder genetisch ver\u00e4nderte Mikroben in Produkte mit hohem Mehrwert umgewandelt wird. Ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der synthetischen Formiat-Assimilation ist die thermodynamisch schwierige Reduktion zu Formaldehyd, hier als gelber Farbumschlag sichtbar. \u00a9 Copyright : Max-Planck-Institut f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie\/Geisel<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Forschende um Prof. Dr. Tobias Erb am Max-Planck-Institut f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie nutzen den Baukasten der Natur, um neue Wege der CO2<\/sub>-Fixierung zu entwickeln. Nun ist es ihnen gelungen, einen k\u00fcnstlichen Stoffwechselweg zu entwickeln, \u00fcber den aus Ameisens\u00e4ure als m\u00f6glichem Zwischenprodukt der k\u00fcnstlichen Photosynthese das hochreaktive Formaldehyd entsteht. Dieses l\u00e4sst sich unmittelbar und ohne toxische Wirkung direkt in mehrere Stoffwechselwege einspeisen, um weitere Wertstoffe bilden zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Wie im nat\u00fcrlichen Prozess sind dabei prim\u00e4r zwei Komponenten notwendig: Energie und Kohlenstoff. Erstere kann nicht nur durch direktes Sonnenlicht, sondern ebenso durch Strom geliefert werden \u2013 zum Beispiel aus Solarmodulen.<\/p>\n\n\n\n

Ameisens\u00e4ure ist ein C1-Baustein mit Zukunftspotenzial<\/h2>\n\n\n\n

Innerhalb der Wertsch\u00f6pfungskette ist die Kohlenstoffquelle variabel. Hier kommt nicht nur CO2<\/sub> in Frage, sondern s\u00e4mtliche Einkohlenstoffe (C1-Bausteine): CO (Kohlenmonoxid), Ameisens\u00e4ure, Formaldehyd, Methanol und Methan. Allerdings sind beinahe alle dieser Substanzen hochgiftig \u2013 entweder f\u00fcr Lebewesen (CO, Formaldehyd, Methanol) oder den Planeten (Methan als Treibhausgas). Hingegen ist Ameisens\u00e4ure, zu ihrer Base Formiat neutralisiert, ungiftig und wird von vielen Mikroorganismen in hohen Konzentrationen toleriert.<\/p>\n\n\n\n

\u201eAmeisens\u00e4ure ist eine Kohlenstoffquelle mit Zukunft,\u201c betont Dr. Maren Nattermann<\/strong>, Erstautorin der Studie, die k\u00fcrzlich in der Fachzeitschrift\u00a0Nature Communications<\/em>\u00a0erschien. \u201eAber die Umwandlung zu Formaldehyd im Reagenzglas war bisher recht energieaufw\u00e4ndig.\u201c Denn das Salz der Ameisens\u00e4ure, Formiat, l\u00e4sst sich nicht ohne weiteres in Formaldehyd umwandeln. \u201eEs gibt eine gravierende chemische Barriere zwischen den beiden Molek\u00fclen, die wir durch biochemische Energie \u2013 ATP \u2013 \u00fcberbr\u00fccken m\u00fcssen, bevor wir die eigentliche Reaktion durchf\u00fchren k\u00f6nnen.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Das Ziel der Forscherin war es, einen sparsameren Weg zu finden. Denn je weniger Energie es braucht, um Kohlenstoff in den Metabolismus einzuspeisen, desto mehr Energie verbleibt, um Wachstum oder Produktion voranzutreiben. Doch ein solcher Weg existiert in der Natur nicht.<\/p>\n\n\n\n

\u201eEs braucht Kreativit\u00e4t, um sogenannte promiskuitive Enzyme mit mehreren Funktionen zu entdecken,\u201c sagt Tobias Erb<\/strong>. \u201eDie Entdeckung der Enzymkandidaten ist jedoch nur der Anfang. Wir reden hier von Reaktionen, bei denen man mitz\u00e4hlen kann, weil sie so langsam sind \u2013 teilweise pro Enzym weniger als eine Reaktion pro Sekunde. Nat\u00fcrliche Reaktionen schaffen auch schon mal das Tausendfache.\u201c<\/p>

Hier komme dann die synthetische Biochemie ins Spiel, so Maren Nattermann<\/strong>: \u201eWenn man Enzymstruktur und -Mechanismus kennt, wei\u00df man, wo einzugreifen ist, um es anzupassen. An diesem Punkt profitieren wir ma\u00dfgeblich von Vorarbeiten aus der Grundlagenforschung.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Der Einsatz von Hochdurchsatz-Technologie beschleunigt die Enzym-Optimierung<\/h3>\n\n\n\n

Die Verbesserung der beteiligten Enzyme gelang durch die Kombination mehrerer Ans\u00e4tze: einerseits wurden Bausteine gezielt ausgetauscht (gezielte Mutagenese), andererseits zuf\u00e4llig Mutationen erzeugt und auf Tauglichkeit selektiert (semi-rationale Mutagenese). <\/p>\n\n\n\n

\u201eFormiat und Formaldehyd sind hier wunderbar geeignet, da sie durch Zellw\u00e4nde dringen. Wir k\u00f6nnen Formiat in das N\u00e4hrmedium von Zellen geben, die unsere Enzyme bilden, und nach ein paar Stunden den produzierten Formaldehyd in einen ungiftigen gelben Farbstoff umwandeln,\u201c erkl\u00e4rt Maren Nattermann<\/strong>.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Ohne den Einsatz von Hochdurchsatzverfahren w\u00e4re das Ergebnis in so kurzer Zeit nicht m\u00f6glich gewesen. Daf\u00fcr kooperierten die Forschenden mit dem Industriepartner Festo SE & Co. KG mit Sitz in Esslingen. <\/p>\n\n\n\n

\u201eNach etwa 4000 Varianten erzielten wir eine vierfache Verbesserung der Produktion,\u201c sagt Maren Nattermann<\/strong>. \u201eDamit haben wir die Grundlage geschaffen, den Modellorganismus\u00a0E.coli<\/em>, das mikrobielle Arbeitspferd der Biotechnologie, auf Ameisens\u00e4ure wachsen zu lassen. Allerdings k\u00f6nnen unsere Zellen Formaldehyd vorerst nur produzieren, nicht weiter umsetzen.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Mit Kollaborationspartner Dr. Sebastian Wenk am MPI f\u00fcr molekulare Pflanzenphysiologie entwickeln die Forschenden derzeit einen Stamm, der die Zwischenprodukte aufnehmen und in den zentralen Metabolismus einschleusen kann. Parallel dazu forscht das Team mit einer Arbeitsgruppe am MPI f\u00fcr Chemische Energiekonversion unter Leitung von Prof. Dr. Walter Leitner an der elektochemischen Umwandlung von CO2<\/sub>\u00a0zu Ameisens\u00e4ure. Das langfristige Ziel ist eine\u00a0All-in-one<\/em>\u00a0Plattform – von CO2<\/sub>\u00a0\u00fcber ein elektrobiochemisches Verfahren hin zu Produkten wie Insulin oder Biodiesel.<\/p>\n\n\n\n

Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

Nattermann, M.; Wenk, S.; Pfister, P.;\u00a0 He, h.; Lee, S.H.; Szymanski, W.; Guntermann, N.; Zhu, F.;\u00a0 Nickel, L.;\u00a0 Wallner, C.; Zarzycki, J.; Paczia, N.; Gai\u00dfert, N.; Franci\u00f2, G.; Leitner, N.; Gonzalez, R.; Erb, T. J. ‘Engineering a new-to-nature cascade for phosphate-dependent formate to formaldehyde conversion in vitro and in vivo<\/a>‘. Nature Communications<\/em>\u00a014, 2682 (2023); https:\/\/dx.doi.org\/10.1038\/s41467-023-38072-w<\/p>\n\n\n\n

Kontakte<\/h3>\n\n\n\n

Prof. Dr. Tobias Erb, Direktor\u00a0
Tel.: +49 6421 178-700
E-Mail: toerb@mpi-marburg.mpg.de<\/a><\/p>\n\n\n\n

Dr. Maren Nattermann, Postdoktorandin
Tel.: \u00a0+49 6421 178-813
E-Mail: maren.nattermann@mpi-marburg.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Neue, synthetische Stoffwechselwege zur CO2-Fixierung k\u00f6nnten zuk\u00fcnftig nicht nur dazu beitragen, den CO2-Gehalt der Atmosph\u00e4re zu senken, sondern auch traditionelle Herstellungsverfahren f\u00fcr Pharmazeutika und Wirkstoffe durch kohlenstoffneutrale, biologische Prozesse ersetzen. Eine neue Studie zeigt auf, wie CO2\u00a0\u00fcber das Zwischenprodukt Ameisens\u00e4ure zu einem industriellen Wertstoff werden kann. Angesichts steigender Treibhausgasemissionen ist Carbon Capture, die Abscheidung von CO\u2082 […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Forschende entwickeln einen k\u00fcnstlichen Stoffwechselweg zur nachhaltigen Nutzung von CO2","footnotes":""},"categories":[5571],"tags":[11229,10744,11841,15528,10743],"supplier":[5038],"class_list":["post-127136","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-co2-based","tag-biotechnologie","tag-carboncapture","tag-kreislaufwirtschaft","tag-mikroben","tag-useco2","supplier-max-planck-institut-fuer-terrestrische-mikrobiologie"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127136","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=127136"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/127136\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=127136"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=127136"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=127136"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=127136"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}