{"id":130916,"date":"2023-08-29T07:11:00","date_gmt":"2023-08-29T05:11:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=130916"},"modified":"2023-08-24T08:39:03","modified_gmt":"2023-08-24T06:39:03","slug":"elektroantrieb-fur-das-leben","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/elektroantrieb-fur-das-leben\/","title":{"rendered":"Elektroantrieb f\u00fcr das Leben"},"content":{"rendered":"\n\n\n
\"Reaktionskammer,
Reaktionskammer, in dem der k\u00fcnstliche Stoffwechselweg abl\u00e4uft. \u00a9 MPI f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie\/ Virginia Geisel<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Wenn in der Natur chemische Reaktionen ablaufen, in denen aus einfachen Molek\u00fclen energiereiche Verbindungen entstehen, wird Energie ben\u00f6tigt. Bislang war es nicht m\u00f6glich, f\u00fcr diese Prozesse vom Menschen erzeugte Elektrizit\u00e4t einzusetzen. Forschenden des Max-Planck-Instituts f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie in Marburg ist nun ein Durchbruch gelungen: Sie haben einen k\u00fcnstlichen Stoffwechselweg entwickelt, der aus elektrischem Strom den biochemischen Energietr\u00e4ger ATP gewinnt. Dieses l\u00e4sst sich zur Bildung energiereicher chemischer Verbindungen nutzen, wie zum Beispiel zur Produktion von St\u00e4rke und Proteinen. Der Stoffwechselweg aus vier Enzymen ist ein komplett neuer Ansatz auf dem Weg zu einer nachhaltigen, klimaneutralen Bio\u00f6konomie.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Das Team um Tobias Erb am Max-Planck-Institut in Marburg erforscht, wie mithilfe der\u00a0synthetischen Biologie<\/a>\u00a0aus\u00a0einfachen Molek\u00fclen Wertstoffe gebildet werden k\u00f6nnen<\/a>. Mit einer von ihnen entwickelten k\u00fcnstlichen Fotosynthese konnten sie bereits erfolgreich Kohlendioxid in verschiedene Wertstoffe wie Antibiotika oder Biotreibstoffe umwandeln. Ihre L\u00f6sung imitiert dabei die Umwandlung von Kohlendioxid w\u00e4hrend der Fotosynthese von Pflanzen.<\/p>\n\n\n\n

Die k\u00fcnstliche Fotosynthese ben\u00f6tigt jedoch wie ihr nat\u00fcrliches Vorbild Energie. Die chemische Energiew\u00e4hrung in der Natur ist das Adenosintriphosphat, kurz ATP. Seine Energie steckt in den chemischen Bindungen: Die Spaltung der Bindungen setzt Energie frei, die zum Antrieb biochemischer Abl\u00e4ufe genutzt werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Mit Strom zu ATP<\/h3>\n\n\n\n

Aus Wind und Sonne erzeugte Elektrizit\u00e4t ist die Hauptalternative zu fossilen Energietr\u00e4gern. Bislang gab es jedoch keine M\u00f6glichkeit, elektrischen Strom direkt in biochemische Reaktionen einzuspeisen. Tobias Erb und sein Team haben nun eine Enzymkaskade entwickelt, die mithilfe elektrischen Stroms ATP herstellen kann. Das ATP wird von vier Enzymen erzeugt. Das zentrale Enzym dieser \u201eAAA-Zyklus\u201c genannten Kaskade, die sogenannte Aldehyd Ferredoxin Oxidoreduktase (AOR), reduziert eine S\u00e4ure zu einem Aldehyd. \u201eDabei wird die elektrische Energie in der Aldehyd-Bindung gespeichert. Die \u00fcbrigen drei Enzyme sorgen f\u00fcr die Regeneration des Aldehyds. Die frei-werdende Energie wird f\u00fcr die Bildung von ATP genutzt\u201c, erkl\u00e4rt Shanshan Luo, Erstautorin der Studie. Das ATP aus dem AAA-Zyklus kann die f\u00fcr chemische Reaktionen erforderliche Energie bereitstellen, zum Beispiel f\u00fcr die Bildung von Glukose-6-Phosphat \u2013 dem Baustein f\u00fcr St\u00e4rke \u2013 oder die Synthese von Proteinen.<\/p>\n\n\n\n

\"Modell
Modell des Enzyms Aldehyd Ferredoxin Oxidoreduktase (AOR). AOR stammt aus dem Bakterium\u00a0Aromatoleum aromaticum<\/em>. Als zentrales Enzym des \u201eAAA-Zyklus\u201c, einer synthetischen Enzymkaskade, reduziert das Enzym eine S\u00e4ure zu einem Aldehyd. Die dabei freiwerdende Energie wird zur Bildung von ATP genutzt. \u00a9 MPI f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie\/ Tobias Erb<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die AOR stammt von einem selbst in der Wissenschaft kaum bekannten Bakterium namens Aromaticum aromatoleum<\/em>. Forschenden am Zentrum f\u00fcr Synthetische Mikrobiologie der Philipps-Universit\u00e4t Marburg war es gelungen, die Mikrobe unter sauerstofffreien Bedingungen im Labor zu z\u00fcchten und zu untersuchen, wie es in der Natur Erd\u00f6l abbaut. Dabei haben sie quasi zuf\u00e4llig die AOR entdeckt, die nun als zentraler Energiewandler im AAA-Zyklus dient. \u201eVon Menschen produzierte Elektrizit\u00e4t lie\u00df sich bislang nicht direkt f\u00fcr biochemische Reaktionen nutzen. Mit dem AAA-Zyklus l\u00e4sst sich nun erstmals direkt elektrische in biochemische Energie umwandeln”, sagt Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie. \u201eDies erm\u00f6glicht die Synthese energiereicher Wertstoffe wie St\u00e4rke, Biokraftstoffen oder Proteinen aus einfachen Zellbausteinen, und zuk\u00fcnftig sogar aus Kohlendioxid. Elektrische Energie k\u00f6nnte auf diese Weise \u00fcber l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume in biologischen Molek\u00fclen gespeichert werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Schnittstelle zwischen Elektrizit\u00e4t und Biologie<\/h3>\n\n\n\n
\"\"
AAA-Zyklus. \u00a9 MPI f\u00fcr terrestrische Mikrobiologie\/ Tobias Erb<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Bis das neue Konzept in der Praxis eingesetzt werden kann, sind jedoch noch erhebliche Forschungsarbeiten n\u00f6tig. Noch sind die Enzyme nicht stabil genug, sie zerfallen unter Sauerstoff relativ schnell. Au\u00dferdem sind die umgesetzten Energiemengen noch sehr klein. Die Forschenden m\u00fcssen das Konzept deshalb noch weiterentwickeln, bis im industriellen Ma\u00dfstab elektrische in biochemische Energie umgewandelt werden kann. \u201eDer AAA-Zyklus k\u00f6nnte k\u00fcnftig die Schnittstelle zwischen Elektrizit\u00e4t einerseits und der Biologie auf der anderen Seite darstellen. Dass wir elektrischen Strom direkt in biochemische Reaktionen einspeisen k\u00f6nnen, ist ein wirklicher Durchbruch\u201c, so Erb.<\/p>\n\n\n\n

Das Forschungsprojekt ist Teil von\u00a0e<\/em>BioCO2<\/sub>n, einer\u00a0Kooperation zwischen Max-Planck- und Fraunhofer-Gesellschaft<\/a>. Ziel der Kooperation ist, in der Grundlagenforschung gewonnene Erkenntnisse zur Anwendung zu bringen und zur Entwicklung neuer Technologien beizutragen. Das Projekt wurde zudem vom Green Talents-Programm der Bundesregierung unterst\u00fctzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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