Mikrobe als Biokunststoff-Fabrik: Forscher haben ein Bakterium identifiziert, das den Holz-Inhaltsstoff Lignin abbaut und daraus PDC produziert \u2013 eine Vorstufe f\u00fcr ein PET-\u00e4hnliches Bioplastik. Von Natur aus zersetzt diese Mikrobe das PDC zwar weiter, doch Forscher haben dies durch die Deaktivierung dreier Gene gestoppt. Dadurch erhielten sie eine Mikrobe, die immerhin 59 Prozent der Lignin-Komponenten zu PDC umbaut \u2013 ein vielversprechender Ansatz f\u00fcr die biologische Produktion von Biokunststoffen.<\/p>\n
Kunststoff ist g\u00fcnstig, leicht und vielseitig anwendbar \u2013 und fast allgegenw\u00e4rtig. Das Problem jedoch: Plastik wird aus erd\u00f6lbasierten Rohstoffen erzeugt und ist damit alles andere als klimafreundlich. Hinzu kommt, dass Kunststoff nicht biologisch abbaubar ist und Plastikm\u00fcll und Mikroplastik inzwischen B\u00f6den, Gew\u00e4sser und Meere verschmutzen. Deshalb suchen Forscher weltweit nach M\u00f6glichkeiten, biologisch abbaubare Kunststoffe aus pflanzlichen Rohstoffen herzustellen.<\/p>\n
Lignin: Potenziell n\u00fctzlich, aber schwer zu knacken
\nEin vielversprechender Ausgangsstoff f\u00fcr biobasierte Kunststoffe ist Lignin, ein nat\u00fcrliches Polymer, das den Zellw\u00e4nden holziger Pflanzen ihre Stabilit\u00e4t verleiht. \u201eLignin ist nach Erd\u00f6l die reichhaltigste Quelle aromatischer Verbindungen auf diesem Planeten\u201c, erkl\u00e4rt Daniel Noguera von der University of Wisconsin-Madison. Doch dieses Biopolymer aus verschiedenen ringf\u00f6rmigen Kohlenwasserstoffverbindungen ist chemisch schwer zu zerlegen, deshalb wird Lignin bisher kaum als Rohstoff genutzt. Bei der Papierherstellung f\u00e4llt es als Abfallstoff an, der meist einfach verbrannt wird.<\/p>\n
Nun jedoch k\u00f6nnten die Forscher einen Helfer gefunden haben, der das Lignin auf biologische Weise zerlegt: das Bakterium Novosphingobium aromaticivorans. Entdeckt haben Noguera, sein Kollege Miguel Perez und ihr Team diese Mikrobe in Bodenschichten, die mit Erd\u00f6l und anderen Kohlenwasserstoffen kontaminiert waren. \u201eDas Bakterium nutzt eine Reihe von aromatischen Verbindungen als Kohlenstoff- und Energiequelle f\u00fcr sein Wachstum\u201c, berichten sie.<\/p>\n
Mikrobe macht aus Lignin PDC
\nDas legte die Vermutung nahe, dass dieses Bakterium auch Lignin abbauen k\u00f6nnte. \u201eAls wir diese Mikrobe gefunden haben, war sie ja schon gut darin, eine gro\u00dfe Bandbreite solcher Molek\u00fcle zu zerlegen\u201c, sagt Perez. Und tats\u00e4chlich: Bei Tests im Labor zeigte sich, dass das Bakterium eine Vielzahl der Lignin-Komponenten abbauen kann. \u201eBei bisher getesteten Mikroben war es immer nur einen kleinen Teil der aromatischen Komponenten des Lignins\u201c, berichtet Perez.<\/p>\n
Als Zwischenprodukt des Ligninabbaus produziert das Bakterium 2-Pyron-4,6-Dicarboxyls\u00e4ure, kurz PDC. Diese Verbindung gilt als vielversprechender Ausgangsstoff f\u00fcr Polyester und auch PET-\u00e4hnliche Biokunststoffe. Diese sind hitzebest\u00e4ndig, aber innerhalb von weniger als drei Wochen biologisch abbaubar, wie Tests ergaben. Das Problem jedoch: \u201ePDC ist auf g\u00e4ngigem Wege nur schwer herzustellen, es gibt keinen industriellen Prozess daf\u00fcr\u201c, erkl\u00e4rt Noguera.<\/p>\n
Ausbeute von 59 Prozent
\nHier kommt nun die Mikrobe Novosphingobium aromaticivorans ins Spiel: Wie sie nat\u00fcrlicherweise das PDC zwar herstellt, aber dann weiter abbaut, manipulierten die Forscher ihr Abbauverhalten. Sie deaktivierten drei Gene des Bakteriums, um sie zu einem Produzenten f\u00fcr PDC zu machen. Als Folge baute die Mikrobe weiterhin Lignin zu PDC ab, die weitere Zerlegung dieses Molek\u00fcls unterblieb aber. Dadurch wurde PDC zum Endprodukt dieser bakteriellen Abbaukette.<\/p>\n
Wie effektiv diese mikrobielle Herstellung von PDC aus Lignin funktioniert, testeten Perez und sein Team in mehreren Laborkulturen. Das Ergebnis: \u201eIn Kulturen mit einer heterogenen Mischung aromatischer Molek\u00fcle aus Pappel-Lignin wurden 59 Prozent der Verbindungen in PDC umgewandelt\u201c, berichten die Forscher. \u201eDamit zeigen unsere Resultate, dass N. aromaticivorans ein vielversprechendes Potenzial f\u00fcr die Herstellung von PDC aus aromatischen Verbindungen besitzt.\u201c<\/p>\n
\u201eEine ganz neue Industrie\u201c
\nNoch ist die PDC-Ausbeute allerdings nicht optimal und der Ausgangsstoff Lignin muss chemisch vorbehandelt werden. Doch die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass sie diesen biologischen Prozess hin zu einem Bioplastik-Rohstoff noch weiter verbessern k\u00f6nnen. \u201eWenn wir dieses System dazu bringen k\u00f6nnen, PDC mit ausreichend hoher Rate und Ausbeute zu produzieren, dann k\u00f6nnte dies eine ganz neue Industrie erschaffen\u201c, sagt Noguera.<\/p>\n
Biokunststoff k\u00f6nnte dann beispielsweise aus den Abf\u00e4llen der Papierindustrie hergestellt werden \u2013 und so keine zus\u00e4tzlichen pflanzlichen Ressourcen verbrauchen. Denn wenn Pflanzen wie Mais, Zuckerrohr oder Weizen als Bioplastik-Rohstoff verwendet werden, tritt die Kunststoffproduktion in Konkurrenz zum Nahrungsanbau und kann zudem die Umwandlung von Wald in Felder f\u00f6rdern, wie erst k\u00fcrzlich eine Studie belegte. Das schadet dann Umwelt und Klima. (Green Chemistry, 2019; doi: 10.1039\/C8GC03504K<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Mikrobe als Biokunststoff-Fabrik: Forscher haben ein Bakterium identifiziert, das den Holz-Inhaltsstoff Lignin abbaut und daraus PDC produziert \u2013 eine Vorstufe f\u00fcr ein PET-\u00e4hnliches Bioplastik. Von Natur aus zersetzt diese Mikrobe das PDC zwar weiter, doch Forscher haben dies durch die Deaktivierung dreier Gene gestoppt. Dadurch erhielten sie eine Mikrobe, die immerhin 59 Prozent der Lignin-Komponenten […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[10763,12471,11828,15528],"supplier":[333],"class_list":["post-61386","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-biokunststoffe","tag-biopolymer","tag-lignin","tag-mikroben","supplier-university-of-wisconsin-madison"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61386","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=61386"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61386\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=61386"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=61386"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=61386"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=61386"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}