{"id":75135,"date":"2020-06-04T06:51:24","date_gmt":"2020-06-04T04:51:24","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fabbau-widerspenstiger-cellulose-im-zeitraffer.html"},"modified":"2020-06-01T11:11:15","modified_gmt":"2020-06-01T09:11:15","slug":"abbau-widerspenstiger-cellulose-im-zeitraffer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/abbau-widerspenstiger-cellulose-im-zeitraffer\/","title":{"rendered":"Abbau widerspenstiger Cellulose im Zeitraffer"},"content":{"rendered":"

Erstmals ist es TU Graz-Forschenden gelungen, die Vorg\u00e4nge beim Celluloseabbau durch eine biologische Nanomaschine, bekannt als das Cellulosom, auf Einzelmolek\u00fclniveau sichtbar zu machen. Das Wissen k\u00f6nnte nachhaltigen Konzepten in der industriellen Biotechnologie zum Durchbruch verhelfen.<\/strong><\/p>\n

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Analysen der TU Graz belegen die effiziente Arbeitsweise der celluloseabbauenden biologischen Nanomaschine Cellulosom. Das kann neue Perspektiven f\u00fcr Anwendungen in industriellen Bioraffinerien liefern. \u00a9 Lunghammer – TU Graz<\/figcaption><\/figure>\n

Der Pflanzenbestandteil Cellulose ist ein ausgesprochen widerstandsf\u00e4higes, wasserunl\u00f6sliches Polymer, das schwer aufzubrechen ist. Das erschwert die effiziente und nachhaltige Nutzung pflanzlicher Biomasse in Bioraffinerien. \u201eErst wenn es nachhaltige und kosteneffiziente Ans\u00e4tze f\u00fcr den Abbau von Cellulose gibt, wird man damit beginnen, Treibstoffe, Chemikalien und Materialien in gro\u00dfem Stil aus pflanzlicher Biomasse herzustellen\u201c, erkl\u00e4rt der Biotechnologe und Leiter des Instituts f\u00fcr Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz Bernd Nidetzky.<\/p>\n

Celluloseabbau in der Natur<\/h3>\n

In der Natur geschieht der biologische Celluloseabbau entweder durch Cellulasen oder durch das Cellulosom. Cellulasen sind Enzyme, die sich in ihrer Spezifit\u00e4t und Wirkweise unterscheiden und synergistisch am Abbau von Cellulose aus verholzten Pflanzen wie B\u00e4umen oder Str\u00e4uchern beteiligt sind. Obwohl sich einzelne Cellulasen in r\u00e4umlicher N\u00e4he zueinander befinden k\u00f6nnen, sind es individuelle, physisch unabh\u00e4ngige Einheiten. Beim Cellulosom handelt es sich hingegen um einen Proteinkomplex, eine geordnete und physisch miteinander verbundene Ansammlung jener Enzyme, die f\u00fcr den Celluloseabbau notwendig sind.<\/p>\n

Bernd Nidetzky und sein Team haben es sich zur Aufgabe gemacht, das Cellulosom in seinen fundamentalen Grundlagen als celluloseabbauende biologische Nanomaschine besser zu verstehen und sichtbar zu machen. Diesem Ziel sind die Forschenden nun in einem FWF-gef\u00f6rderten Projekt einen entscheidenden Schritt n\u00e4hergekommen: Sie konnten das Cellulosom auf Einzelmolek\u00fclniveau w\u00e4hrend des Celluloseabbaus mittels Rasterkraftmikroskopie im Zeitraffer visualisieren und so Einblicke in seine Arbeitsweise gewinnen. Die Ergebnisse sind im Fachjournal ACS Central Science publiziert.<\/p>\n

Nanomaschine bei der Arbeit<\/h3>\n

Konkret dokumentieren die Forschenden den Celluloseabbau durch Cellulosome aus dem Bakterium Clostridium thermocellum. Es zeigt sich, dass sich das Cellulosom dynamisch an die verschiedenen Oberfl\u00e4chengegebenheiten der Cellulose anpasst. \u201eBei der Bindung an Cellulose schaltet das Cellulosom auf l\u00e4ngliche, auch fadenf\u00f6rmige Formen und morpht diese dynamisch auf einer Zeitskala von unter einer Minute entsprechend den Anforderungen der angegriffenen Celluloseoberfl\u00e4che. Im Vergleich zu Cellulasen, die beim Gleiten entlang kristalliner Celluloseoberfl\u00e4chen Material abl\u00f6sen, bleiben die Cellulosome minutenlang lokal gebunden und entfernen das darunterliegende Material. Die konsequente Aufrauhung der Oberfl\u00e4che f\u00fchrt zu einem effizienten Abbau von Cellulose-Nanokristallen.\u201c, erkl\u00e4rt Bernd Nidetzky.<\/p>\n

Wie das Cellulosom die Cellulose-Nanokristalle attackiert, ist in hier in dem Ausschnitt der Zeitrafferaufnahme<\/a> zu sehen.<\/p>\n

Ausblick f\u00fcr Bioraffinerien<\/h3>\n

\u201eUnsere Analysen belegen, dass das Cellulosom herausragend effizient im Celluloseabbau ist. Es k\u00f6nnte daher eine zentrale Rolle in der Entwicklung neuer Ans\u00e4tze f\u00fcr Bioraffinerien spielen\u201c, betont Nidetzky. Unter Ausnutzung der unterschiedlichen Wirkmechanismen von Enzymkomplexen in Form eines Cellulosoms und freien Enzymen kann der Celluloseabbau schneller, vollst\u00e4ndiger und mit geringerem Enzymbedarf durchgef\u00fchrt werden. Die Synergien zwischen den Abbaumechanismen von Cellulase und Cellulosomen k\u00f6nnten so beim Design hybrider Cellulasesysteme helfen und neue Perspektiven f\u00fcr Anwendungen in Bioraffinerien liefern.<\/p>\n

Diese Forschungsarbeit ist an der TU Graz im Field of Expertise \u201eHuman and Biotechnology\u201c<\/a> verankert, einem von f\u00fcnf St\u00e4rkefeldern der TU Graz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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