{"id":143585,"date":"2024-05-07T07:05:00","date_gmt":"2024-05-07T05:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=143585"},"modified":"2024-05-06T14:24:23","modified_gmt":"2024-05-06T12:24:23","slug":"bakterien-fur-klimaneutrale-chemikalien-der-zukunft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bakterien-fur-klimaneutrale-chemikalien-der-zukunft\/","title":{"rendered":"Bakterien f\u00fcr klimaneutrale Chemikalien der Zukunft"},"content":{"rendered":"\n\n\n<p><strong>Forschende an der ETH Z\u00fcrich haben Bakterien im Labor so herangez\u00fcchtet, dass sie Methanol effizient verwerten k\u00f6nnen. Jetzt l\u00e4sst sich der Stoffwechsel dieser Bakterien anzapfen, um wertvolle Produkte herzustellen, die die chemische Industrie derzeit aus fossilen Rohstoffen gewinnt.<\/strong><\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"512\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-1024x512.jpg\" alt=\"Bakterien, die sich von Methanol ern\u00e4hren und nachhaltige Chemikalien produzieren \u00a9 Sean Kilian\" class=\"wp-image-143587\" style=\"aspect-ratio:2;width:583px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-1024x512.jpg 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-300x150.jpg 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-150x75.jpg 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-768x384.jpg 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-1536x768.jpg 1536w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-2048x1024.jpg 2048w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.carousel.1625823161-400x200.jpg 400w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Bakterien, die sich von Methanol ern\u00e4hren und nachhaltige Chemikalien produzieren \u00a9 Sean Kilian<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">In K\u00fcrze<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Methanol kann mit erneuerbarer Energie aus Kohlendioxid und Wasser synthetisiert werden.<\/li>\n\n\n\n<li>Wenn dieses gr\u00fcne Methanol von spezialisierten Bakterien verstoffwechselt wird, l\u00e4sst sich eine Vielzahl von chemischen Substanzen biotechnologisch herstellen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Anwendung k\u00f6nnte es der chemischen Industrie erlauben, das Treibhausgas Kohlendioxid in wertvolle klimaneutrale Chemikalien umzuwandeln \u2013 und ihren \u00f6kologischen Fussabdruck deutlich zu verringern.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Um verschiedene Chemikalien wie etwa Plastik, Farbstoffe oder k\u00fcnstliche Aromen herzustellen, ist die chemische Industrie derzeit auf fossile Rohstoffe wie Erd\u00f6l angewiesen. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abWeltweit verbraucht sie 500 Millionen Tonnen pro Jahr, also mehr als eine Million Tonnen pro Tag\u00bb, sagt <strong>Julia Vorholt, Professorin am Institut f\u00fcr Mikrobiologie an der ETH Z\u00fcrich<\/strong>. \u00abDa die chemischen Umwandlungen sehr energieaufw\u00e4ndig sind, ist der CO<sub>2<\/sub>-\u200bFussabdruck der chemischen Industrie sogar noch sechs bis zehn Mal gr\u00f6sser: Er bel\u00e4uft sich auf etwa f\u00fcnf Prozent des gesamten weltweiten Ausstosses.\u00bb Mit ihrem Team sucht sie deshalb nach M\u00f6glichkeiten, wie sich die Abh\u00e4ngigkeit der chemischen Industrie von fossilen Brennstoffen verringern liesse.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Gr\u00fcnes Methanol<\/h3>\n\n\n\n<p>Dabei stehen Bakterien im Zentrum, die sich von Methanol ern\u00e4hren, die also im Fachjargon methylotroph sind. Methanol besitzt ein einziges Kohlenstoffatom und geh\u00f6rt damit zu den einfachsten organischen Molek\u00fclen. Es kann aus dem Treibhausgas Kohlendioxid und Wasser hergestellt werden. Stammt die Energie f\u00fcr diese Synthesereaktion aus erneuerbaren Quellen, wird das Methanol als gr\u00fcn bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abEs gibt nat\u00fcrliche Methylotrophe, aber sie industriell zu nutzen, bleibt trotz grossem Forschungsaufwand schwierig\u00bb, sagt <strong>Michael Reiter, Postdoktorand in Vorholts Forschungsgruppe<\/strong>, die stattdessen mit dem in der Biotechnologie bestens bekannten Modellbakterium <em>Escherichia coli<\/em> arbeitet. Das Team um Vorholt verfolgt schon seit mehreren Jahren die Idee, das auf Zucker wachsende Modellbakterium mit der F\u00e4higkeit auszustatten, Methanol biochemisch zu verwerten.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Vollst\u00e4ndige Umstrukturierung des Stoffwechsels <\/h3>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abDas ist eine grosse Herausforderung, denn daf\u00fcr braucht es eine vollst\u00e4ndige Umstrukturierung des Stoffwechsels\u00bb, sagt <strong>Vorholt<\/strong>. Zun\u00e4chst simulierten die Forschenden diese Umstellung mit Computermodellen. Dann entfernten sie gezielt zwei Gene und schleusten daf\u00fcr drei zus\u00e4tzliche Gene ein. \u00abDadurch konnten die Bakterien das Methanol aufnehmen, wenn auch nur in geringen Mengen\u00bb, sagt <strong>Reiter<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Daraufhin z\u00fcchteten sie die Bakterien mehr als ein Jahr unter speziellen Bedingungen im Labor weiter, bis die Umstellung gelungen war \u2013 und die Mikroben alle Zellbestandteile aus Methanol herstellen konnten. Im Laufe von rund 1.000 weiteren Generationen wurden diese sogenannten synthetischen Methylotrophen immer effizienter, so dass sie sich schliesslich alle vier Stunden verdoppelten, wenn sie ausschliesslich mit Methanol gef\u00fcttert wurden. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abDie verbesserte Wachstumsrate macht die Bakterien wirtschaftlich interessant\u00bb, sagt <strong>Vorholt<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Optimierung durch Funktionsverlust<\/h3>\n\n\n\n<p>Wie das Team um Vorholt im <a href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41929-024-01137-0\">soeben ver\u00f6ffentlichten Report <\/a>darlegt, sind mehrere zuf\u00e4llig entstandene Mutationen f\u00fcr die erh\u00f6hte Effizienz der Methanol-\u200bVerwertung verantwortlich. Die meisten dieser Mutationen f\u00fchrten zum Funktionsverlust verschiedener Gene. Das ist auf den ersten Blick erstaunlich, bei genauerer Betrachtung zeigt sich jedoch, dass die Zellen dank dem Funktionsverlust der Gene Energie einsparen k\u00f6nnen. So bewirken etwa einige Mutationen, dass die Umkehrreaktionen von wichtigen biochemischen Reaktionen ausfallen. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abDadurch werden \u00fcberfl\u00fcssige Kreisl\u00e4ufe vermieden \u2013 und die Stoffwechselfl\u00fcsse in den Zellen optimiert\u00bb, schreiben <strong>die Forschenden.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"576\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-1024x576.jpg\" alt=\"Probenentnahme aus einem Bioreaktor, der methylotrophe Bakterien enth\u00e4lt \u00a9 ETH Z\u00fcrich\" class=\"wp-image-143589\" style=\"aspect-ratio:1.7777777777777777;width:603px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-1024x576.jpg 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-300x169.jpg 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-150x84.jpg 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-768x432.jpg 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-1536x864.jpg 1536w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-2048x1151.jpg 2048w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.1809660539-1-400x225.jpg 400w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Probenentnahme aus einem Bioreaktor, der methylotrophe Bakterien enth\u00e4lt \u00a9 ETH Z\u00fcrich<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<p>Um das Potenzial der synthetischen Methylotrophen f\u00fcr die biotechnologische Produktion industriell relevanter Massenchemikalien auszuloten, haben Vorholt und ihr Team die Bakterien mit zus\u00e4tzlichen Genen f\u00fcr vier verschiedene Biosynthesewege ausger\u00fcstet. In ihrer Studie zeigen sie nun, dass die Bakterien tats\u00e4chlich in allen F\u00e4llen die gew\u00fcnschten Verbindungen herstellten.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Vielseitige Produktionsplattform<\/h3>\n\n\n\n<p>F\u00fcr die Forschenden ist das ein deutlicher Beleg, dass ihre hochgez\u00fcchteten Bakterien einl\u00f6sen, was sie sich urspr\u00fcnglich von ihnen versprochen hatten: Die Mikroben sind eine Art hochversatile Produktionsplattform, in die man nach dem \u00abPlug-\u200band-Play\u00bb-\u200bPrinzip Biosynthesemodule einbauen kann, die die Bakterien dazu veranlassen, das Methanol in eine beliebige biochemische Substanz umzuwandeln.<\/p>\n\n\n\n<p>Allerdings m\u00fcssen die Forschenden die Ausbeute und die Produktivit\u00e4t noch erheblich steigern, um eine wirtschaftlich tragf\u00e4hige Verwendung der Bakterien zu erm\u00f6glichen. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>Vorholt und ihr Team haben k\u00fcrzlich Innovationsf\u00f6rdermittel erhalten, \u00abum die Pl\u00e4ne in Richtung Anwendung weiter auszubauen und herauszufinden, auf welche Produkte wir uns zuerst konzentrieren\u00bb, sagt Vorholt.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"592\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-1024x592.png\" alt=\"Ein Kreislauf f\u00fcr die Herstellung erneuerbarer Chemikalien wie etwa Kunststoffe durch Methanol verwertende Bakterien \u00a9 ETH Z\u00fcrich\" class=\"wp-image-143590\" style=\"aspect-ratio:1.7297297297297298;width:573px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-1024x592.png 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-300x173.png 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-150x87.png 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-768x444.png 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-1536x887.png 1536w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-2048x1183.png 2048w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2024\/05\/image.imageformat.1286.443948292-400x231.png 400w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Ein Kreislauf f\u00fcr die Herstellung erneuerbarer Chemikalien wie etwa Kunststoffe durch Methanol verwertende Bakterien \u00a9 ETH Z\u00fcrich<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<p>Wenn Reiter davon erz\u00e4hlt, wie sich die Kultivierung der Bakterien in Bioreaktoren optimieren l\u00e4sst, spr\u00fcht er vor Tatendrang. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abAngesichts der Klimaerw\u00e4rmung ist klar, dass es Alternativen zu fossilen Rohstoffen braucht\u00bb, betont er. \u00abWir entwickeln eine Technologie, die kein zus\u00e4tzliches CO2 in die Atmosph\u00e4re entl\u00e4sst\u00bb, sagt <strong>Reiter<\/strong>. Und da die synthetischen Methylotrophen ausser dem gr\u00fcnen Methanol keine weiteren Kohlenstoffquellen f\u00fcr ihr Wachstum und ihre Produkte ben\u00f6tigten, erlaubten sie es, \u00aberneuerbare Chemikalien herzustellen, die die Umwelt nicht belasten\u00bb.<\/p>\n<\/blockquote>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Forschende an der ETH Z\u00fcrich haben Bakterien im Labor so herangez\u00fcchtet, dass sie Methanol effizient verwerten k\u00f6nnen. Jetzt l\u00e4sst sich der Stoffwechsel dieser Bakterien anzapfen, um wertvolle Produkte herzustellen, die die chemische Industrie derzeit aus fossilen Rohstoffen gewinnt. 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