{"id":55442,"date":"2018-08-08T07:26:50","date_gmt":"2018-08-08T05:26:50","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=55442"},"modified":"2021-09-09T21:33:41","modified_gmt":"2021-09-09T19:33:41","slug":"durchbruch-bei-industrieller-co2-nutzung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/durchbruch-bei-industrieller-co2-nutzung\/","title":{"rendered":"Durchbruch bei industrieller CO2<\/sub>-Nutzung"},"content":{"rendered":"
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Methionin im Futter verbessert das Wachstum von Masttieren wie etwa Gefl\u00fcgel. Die Jahresproduktion von Methionin betr\u00e4gt derzeit etwa eine Million Tonnen weltweit. (Bild: iStock\/ Maerzkind)<\/figcaption><\/figure>\n

Professor Arne Skerra ist es an der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) erstmals gelungen, in einer biotechnischen Reaktion gasf\u00f6rmiges CO2<\/sub> als Grundstoff f\u00fcr die Produktion eines chemischen Massenprodukts zu verwenden. Es handelt sich um Methionin, das als essentielle Aminos\u00e4ure vor allem in der Tiermast eingesetzt wird. Das neu entwickelte enzymatische Verfahren k\u00f6nnte die bisherige petrochemische Produktion ersetzen.<\/strong><\/p>\n

Die heute g\u00e4ngige industrielle Herstellung von Methionin erfolgt in einem 6-stufigen chemischen Prozess aus petrochemischen Ausgangsstoffen, wobei unter anderem hochgiftige Blaus\u00e4ure ben\u00f6tigt wird. Im Rahmen einer Ausschreibung lud das Unternehmen Evonik Industries \u2013 einer der weltweit gr\u00f6\u00dften Hersteller von Methionin \u2013 im Jahr 2013 Hochschulforscherinnen und -forscher ein, neue Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich die Substanz gefahrloser herstellen l\u00e4sst. Im Laufe des bisher verwendeten Prozesses entsteht das technisch unproblematische Zwischenprodukt Methional, das in der Natur als Abbauprodukt von Methionin vorkommt.<\/p>\n

\u201eAusgehend von der \u00dcberlegung, dass Methionin in Mikroorganismen von Enzymen unter Abgabe von CO2<\/sub> zu Methional abgebaut wird, versuchten wir diesen Prozess umzukehren\u201c, erkl\u00e4rt Professor Arne Skerra, Inhaber des Lehrstuhls f\u00fcr Biologische Chemie an der TUM. \u201eDenn jede chemische Reaktion ist im Prinzip umkehrbar, allerdings oft nur unter hohem Einsatz von Energie und Druck.\u201c Mit diesem Konzept beteiligte sich Skerra an der Ausschreibung. Evonik pr\u00e4mierte die Idee und f\u00f6rderte das Projekt.<\/p>\n

Zusammen mit dem Postdoc Lukas Eisoldt begann Skerra, die Rahmenbedingungen f\u00fcr den Herstellungsprozess zu ermitteln und die n\u00f6tigen Biokatalysatoren (Enzyme) herzustellen. Die Wissenschaftler unternahmen erste Versuche und erprobten, welcher CO2<\/sub>-Druck n\u00f6tig w\u00e4re, um in einem biokatalytischen Prozess Methionin aus Methional herzustellen.<\/p>\n

\u00dcberraschend ergab sich eine unerwartet hohe Ausbeute schon bei relativ niedrigem Druck \u2013 etwa entsprechend dem Druck in einem Autoreifen von zirka zwei Bar. Aufgrund der bereits nach einem Jahr erzielten Erfolge verl\u00e4ngerte Evonik die F\u00f6rderung, und nun untersuchte das Team, verst\u00e4rkt durch die Doktorandin Julia Martin, die biochemischen Hintergr\u00fcnde der Reaktion und optimierte mit Hilfe von Protein-Engineering die beteiligten Enzyme.<\/p>\n

Effizienter als die Photosynthese<\/h3>\n

In mehrj\u00e4hriger Arbeit gelang es schlie\u00dflich, die Reaktion im Laborma\u00dfstab nicht nur bis zu einer Ausbeute von 40 Prozent zu verbessern, sondern ebenso die theoretischen Hintergr\u00fcnde der biochemischen Abl\u00e4ufe aufzukl\u00e4ren. \u201eIm Vergleich zur komplexen Photosynthese, in der die Natur ebenfalls auf biokatalytischem Wege CO2<\/sub> als Baustein in Biomolek\u00fcle einbaut, ist unser Verfahren hochelegant und einfach\u201c, berichtet Arne Skerra. \u201eDie Photosynthese verwendet 14 Enzyme und hat eine Ausbeute von nur 20 Prozent, w\u00e4hrend unsere Methode blo\u00df zwei Enzyme ben\u00f6tigt.\u201c<\/p>\n

Das Grundmuster dieser neuartigen biokatalytischen Reaktion kann k\u00fcnftig auch Vorbild f\u00fcr die industrielle Herstellung anderer wertvoller Aminos\u00e4uren oder von Vorprodukten f\u00fcr Arzneimittel sein. Das Team von Professor Skerra wird das inzwischen patentierte Verfahren durch Protein-Engineering nun so weit verfeinern, dass es sich f\u00fcr die gro\u00dftechnische Anwendung eignet.<\/p>\n

Damit k\u00f6nnte es zum ersten Mal einen biotechnologischen Herstellungsprozess geben, der gasf\u00f6rmiges CO2<\/sub> als unmittelbaren chemischen Grundstoff nutzt. Bisher scheiterten Versuche, das klimasch\u00e4dliche Treibhausgas stofflich zu verwerten, an dem \u00e4u\u00dferst hohen Energieaufwand, der dazu n\u00f6tig ist.<\/p>\n

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Weitere Informationen<\/h3>\n

Methionin ist eine Aminos\u00e4ure, also ein Grundbaustein von Eiwei\u00dfstoffen, der f\u00fcr viele Lebewesen \u2013 vor allem den Menschen \u2013 essentiell ist, aber von diesen nicht selbst produziert werden kann. Diese Aminos\u00e4ure muss deshalb mit der Nahrung aufgenommen werden. \u00c4hnlich wie Minerald\u00fcnger das Wachstum von Pflanzen beschleunigt, verbessert Methionin das Wachstum von Masttieren wie etwa Gefl\u00fcgel oder Fisch. Die Jahresproduktion von Methionin betr\u00e4gt derzeit etwa eine Million Tonnen weltweit.<\/p>\n

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Publikation<\/h3>\n

Martin, J., Eisoldt, L. & Skerra, A.: Fixation of gaseous CO2<\/sub> by reversing a decarboxylase for the biocatalytic synthesis of the essential amino acid L-methionine, Nature Catalysis 1, 555-561, 07\/2018. DOI 10.1038\/s41929-018-0107-4<\/a><\/p>\n

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Kontakt<\/h3>\n

Prof. Dr. Arne Skerra
\nTechnische Universit\u00e4t M\u00fcnchen
\nLehrstuhl f\u00fcr Biologische Chemie
\nTel.: +49 (0)8161 71-4351
\nE-Mail: skerra@tum.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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