Die biologische Herstellung unter Verwendung von Biomassezuckern wie Mais aus der Landwirtschaft zieht als umweltfreundliche Technologie die Aufmerksamkeit auf sich. Allerdings ist das Angebot an solchen konventionellen Biomassezuckern im Verh\u00e4ltnis zur enormen Nachfrage f\u00fcr die Herstellung von Kraftstoffen und chemischen Produkten begrenzt, was zu Bedenken hinsichtlich der Konkurrenz mit Lebensmitteln aufgrund der Ausweitung der industriellen Nutzung f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n
In einer k\u00fcrzlich in der Zeitschrift ChemBioChem<\/em> ver\u00f6ffentlichten Studie haben Forscher der Universit\u00e4t Osaka zusammen mit Kooperationspartnern eine innovative Bioproduktionstechnologie entwickelt, die chemisch synthetisierte nicht nat\u00fcrliche Zucker als Rohstoff verwendet, um das oben genannte Problem zu l\u00f6sen. Mit Hilfe von Bakterien(Corynebacterium glutamicum<\/em>, C. glutamicum<\/em>) ist es ihnen gelungen, Laktat durch Fermentation herzustellen, wobei synthetische Zuckerl\u00f6sungen als einziges Substrat verwendet wurden. Dies ist der weltweit erste Fall, in dem die Bioproduktion mit synthetischem Zucker als Rohstoff durchgef\u00fchrt wurde. Diese Errungenschaft wird die Beschaffung von nachhaltigem Rohzucker erm\u00f6glichen, der nicht mit Lebensmitteln konkurriert, und d\u00fcrfte die biologische Herstellung weiter ausbauen.<\/p>\n\n\n\n Seit der industriellen Revolution ist der Klimawandel, der durch die \u00fcberm\u00e4\u00dfige Nutzung fossiler Brennstoffe und die daraus resultierenden Treibhausgasemissionen verursacht wird, eine globale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Bioproduktion wird als ein wirksames Mittel zur L\u00f6sung dieser Probleme angesehen, und ihre Umsetzung wird aktiv gef\u00f6rdert. Die Produktion des Hauptrohstoffs (Biomasse der 1. Generation) in der gegenw\u00e4rtigen Bioproduktion st\u00fctzt sich auf landwirtschaftliche Verfahren wie den Maisanbau. Es besteht jedoch die Sorge, dass das Angebot an Biomasse der 1. Generation mit Nahrungsmitteln konkurrieren k\u00f6nnte, da es die enorme Nachfrage nach der Herstellung von Kraftstoffen und chemischen Produkten nicht decken kann. Dar\u00fcber hinaus hat die Produktion von Zucker durch gro\u00dffl\u00e4chige Landwirtschaft negative Aspekte wie Fl\u00e4chenverbrauch, massiver Verbrauch von ersch\u00f6pfbaren Ressourcen wie S\u00fc\u00dfwasser, Stickstoff und Phosphor, Wasserverschmutzung durch Eutrophierung und Verlust der Artenvielfalt.<\/p>\n\n\n\n Die Forschungsgruppe forscht an chemisch synthetisiertem Zucker, der nicht von der Landwirtschaft abh\u00e4ngig ist, und an der Anwendung des gewonnenen Zuckers in Bioprozessen. Die chemische Zuckersynthese hat viele Vorteile, wie z. B. (1) eine extrem hohe Syntheserate (mindestens mehrere hundert Mal schneller als landwirtschaftliche Verfahren), (2) weniger Wasserverbrauch (etwa 1\/1300 der landwirtschaftlichen Verfahren), (3) weniger Landverbrauch (etwa 1\/600 der landwirtschaftlichen Verfahren) und (4) kein Bedarf an N\u00e4hrstoffen wie Phosphor und Stickstoff. Bei chemisch synthetisierten Zuckern handelt es sich jedoch um Mischungen, die viele Verbindungen mit Strukturen enthalten, die in der Natur nicht vorkommen. Daher gibt es bei der Verwendung synthetischer, nicht nat\u00fcrlicher Zuckerl\u00f6sungen f\u00fcr Bioprozesse Probleme, wie z. B. das Vorhandensein von Faktoren, die das Wachstum von Bakterien hemmen.<\/p>\n\n\n\n In dieser Studie etablierte die Forschungsgruppe eine stabile Kultivierungsmethode mit chemisch synthetisiertem Zucker als Substrat, wobei C. glutamicum<\/em> als Modellbakterium verwendet wurde. Sie identifizierten auch wachstumshemmende Faktoren in der synthetischen Zuckerl\u00f6sung und zeigten, dass sie durch eine sekund\u00e4re katalytische Behandlung entfernt werden k\u00f6nnen. Dar\u00fcber hinaus gelang es ihnen durch Fermentation unter sauerstofflimitierten Bedingungen, Laktat mit einer synthetischen Zuckerl\u00f6sung als einzigem Substrat zu produzieren, obwohl diese in der Natur nicht vorkommen. Dies ist weltweit der erste Fall, in dem die Bioproduktion mit einem landwirtschaftlich unabh\u00e4ngigen synthetischen Zucker als Substrat durchgef\u00fchrt wurde. Laktat wird \u00fcber Pyruvat hergestellt, das am Ende eines Stoffwechselweges namens Glykolyse steht. Das bedeutet, dass diese Methode in gro\u00dfem Umfang und allgemein auf die Bioproduktion \u00fcber Glykolyse angewendet werden kann.<\/p>\n\n\n\n Die Ergebnisse dieser Forschung haben gezeigt, dass chemisch synthetisierter Zucker als neuer Rohstoff f\u00fcr die biologische Herstellung verwendet werden kann. Es wird erwartet, dass die Verwendung von chemisch synthetisiertem Zucker, der mit hoher Geschwindigkeit und vor Ort hergestellt werden kann, die Probleme der Rohstoffversorgung bei der biologischen Herstellung, wie z. B. die Konkurrenz mit Nahrungsmitteln, die regionale Abh\u00e4ngigkeit und die gro\u00dffl\u00e4chige Nutzung ersch\u00f6pfbarer Ressourcen, l\u00f6sen wird und einen Wendepunkt in diesem Bereich darstellen wird.<\/p>\n\n\n\n Hiro Tabata, Hiroaki Nishijima, Yuki Yamada, Rika Miyake, Keisuke Yamamoto, Souichiro Kato, Shuji Nakanishi; “Microbial Biomanufacturing Using Chemically Synthesized Non\u2010Natural Sugars as the Substrate”; ChemBioChem, Volume 25, 2023-12-19<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die biologische Herstellung unter Verwendung von Biomassezuckern wie Mais aus der Landwirtschaft zieht als umweltfreundliche Technologie die Aufmerksamkeit auf sich. 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