Die biotechnologische Produktion von Chemikalien durch Enzyme, die an die Photosynthese von Mikroalgen gekoppelt sind, ist Thema des neuen EU-Projekts PhotoBioCat. Projektkoordinatorin ist die TU Graz.<\/p>\n
Ein blaugr\u00fcner Algenteppich kann das sommerliche Badevergn\u00fcgen am See w\u00f6rtlich \u201etr\u00fcben\u201c: Ursache sind einige St\u00e4mme von photosynthetisch aktiven Mikroalgen, auch Cyanobakterien genannt. Andere St\u00e4mme von Cyanobakterien, welche f\u00fcr den Menschen harmlos sind, haben ein gro\u00dfes Potential f\u00fcr biotechnologische Anwendungen und sind deswegen hei\u00df begehrt.<\/p>\n
Im EU-Projekt PhotoBioCat nutzen internationale Doktorandinnen und Doktoranden unter Expertenanleitung den \u201eTreibstoff\u201c Licht um enzymatische Reaktionen etwa mittels Cyanobakterien zu beschleunigen. Damit soll die biokatalytische Herstellung von Chemikalien erheblich nachhaltiger werden. Koordiniert wird das k\u00fcrzlich gestartete Projekt von einem Team rund um Robert Kourist, Leiter des Instituts f\u00fcr Molekulare Biotechnologie der TU Graz, auch das Institut f\u00fcr Chemie der Karl-Franzens-Universit\u00e4t Graz ist mit an Bord. Das Projekt l\u00e4uft damit im Rahmen des Verbunds NAWI Graz.
\nEnzyme mit Licht antreiben<\/p>\n
Das Projekt PhotoBioCat hat zwei inhaltliche Schwerpunkte: Zum einen wird die Nutzung von Cyanobakterien als Biokatalysatoren f\u00fcr lichtgetriebene biotechnologische Anwendungen in einer Reihe industriell relevanter Modellreaktionen untersucht und erprobt. Chemikalien f\u00fcr Polymere, Kosmetika und Medikamente werden zunehmend biotechnologisch mit der beschleunigenden Hilfe von Enzymen hergestellt. Die Enzyme m\u00fcssen allerdings bislang mit Reduktions\u00e4quivalenten angetrieben werden, sehr komplexe Molek\u00fcle, die sich nur teuer synthetisieren lassen. Cyanobakterien betreiben Photosynthese, wandeln also rein mit der Hilfe von Licht, Wasser und CO2 energiearme in energiereiche Stoffe um. Werden Enzyme genetisch in die Cyanobakterien eingeschleust, treiben sie dank ihrer katalytischen Funktion die chemische Reaktion an, das teure Reduktions\u00e4quivalent wird damit \u00fcberfl\u00fcssig.<\/p>\n
Projektleiter Robert Kourist erkl\u00e4rt: \u201eSind die Enzyme an die Photosynthese der Cyanobakterien gekoppelt, fallen teure Abfall- und Nebenprodukte weg und die biotechnologische Herstellung von Chemikalien wird leichter, schneller und kosteng\u00fcnstiger.\u201c Man spart sich etwa den Einsatz von gro\u00dfen Mengen an NADPH (Nicotins\u00e4ureamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat), das mit \u00fcber 1.000 Euro pro Gramm ein teurer Reaktionspartner ist. Bis es soweit ist, ist allerdings noch einiges zu tun. \u201eWir wissen zwar, dass das im Labor funktioniert. Die gro\u00dfe Herausforderung ist jetzt, den Prozess auf einen industriellen Ma\u00dfstab umzulegen\u201c, sagt Kourist. Die Kopplung an die Photosynthese soll zudem mit mehreren Enzymen durchprobiert und die Palette der k\u00fcnftig herstellbaren Chemikalien erweitert werden. Der zweite Fokus des Projekts liegt auf der Erh\u00f6hung der Effizienz, mit der Lichtenergie geerntet und an enzymatische Reaktionen weitergegeben werden kann (in vitro, also ohne lebende Tr\u00e4gerorganismen wie Cyanobakterien).
\nEin Algenlabor an der TU Graz<\/p>\n
An der TU Graz wachsen und gedeihen Mikroalgen seit wenigen Wochen kontrolliert in gl\u00e4sernen R\u00f6hren und Kolben, und das freilich nicht ohne Grund: \u201eEin Teilbereich, den wir uns im Rahmen von PhotoBioCat genau anschauen, ist die Algenaufzucht f\u00fcr die biotechnologische Nutzung im gro\u00dfindustriellen Ma\u00dfstab. Man kann Cyanobakterien in speziellen Algenlabors z\u00fcchten und mit Licht bestrahlen. Ab einem gewissen Wachstumsgrad beschatten sich die Zellen aber gegenseitig. Das Licht hat geringere Wirkung, die Algen k\u00f6nnen nicht ihr volles Photosynthese-Potential aussch\u00f6pfen und damit geht wertvolle Reaktionst\u00e4tigkeit verloren.\u201c, erkl\u00e4rt Robert Kourist.
\nPhotoBioCat als DoktorandInnen-Netzwerk<\/p>\n
Das Projekt PhotoBioCat ist zugleich ein europ\u00e4isches Netzwerk von Doktorandinnen und Doktoranden, die von 2018 bis 2021 mit f\u00fchrenden Expertinnen und Experten an der lichtgetriebenen Reaktion f\u00fcr biotechnologische Anwendungen arbeiten werden. Die 12 Nachwuchsforscherinnen und -forscher kommen aus \u00d6sterreich, Deutschland, Frankreich, Portugal, D\u00e4nemark und den Niederlanden. Am Institut f\u00fcr Molekulare Biotechnologie der TU Graz werden ebenso wie bei Wolfgang Kroutil vom Institut f\u00fcr Chemie der Uni Graz zwei Doktorand\/innen an dem Projekt arbeiten. Ausbildungsinhalte des PhotoBioCat-Netzwerkes reichen von der Ver\u00e4nderung des Energiestoffwechsels von Mikroalgen mittels moderner Werkzeuge der synthetischen Biologie \u00fcber den Antrieb biotechnologischer Reaktionen durch Photosynthese, die Entwicklung neuartiger Licht-getriebener enzymatischer Verfahren bis zur Entwicklung von Photobioreaktoren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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