{"id":80391,"date":"2020-10-23T06:55:20","date_gmt":"2020-10-23T04:55:20","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=https%3A%2F%2Fwww.biofuelsdigest.com%2Fbdigest%2F2020%2F10%2F11%2Fcyanobacteria-as-green-catalysts-in-biotech-researchers-turn-off-unnecessary-energy-consumer%2F"},"modified":"2021-09-09T21:15:02","modified_gmt":"2021-09-09T19:15:02","slug":"cyanobakterien-als-gruene-katalysatoren-in-der-biotechnologie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/cyanobakterien-als-gruene-katalysatoren-in-der-biotechnologie\/","title":{"rendered":"Cyanobakterien als \u201egr\u00fcne\u201c Katalysatoren in der Biotechnologie"},"content":{"rendered":"

Forschende der TU Graz und der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum zeigen im Fachjournal ACS Catalysis, wie sich die katalytische Aktivit\u00e4t von Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, erheblich steigern l\u00e4sst. Damit r\u00fcckt die biotechnologische und somit umweltfreundliche Anwendung einen gro\u00dfen Schritt n\u00e4her.<\/strong><\/p>\n

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Cyanobakterien sind umweltfreundliche und gut verf\u00fcgbare Biokatalysatoren zur Herstellung neuer Chemikalien und dank Forschender der TU Graz bald im Einsatz bei gro\u00dftechnologischen Anwendungen. \u00a9 Lunghammer \u2013 TU Graz<\/figcaption><\/figure>\n

Cyanobakterien, die \u2013 obwohl sie Wasser durch ihre speziellen Pigmente gr\u00fcn f\u00e4rben \u2013 umgangssprachlich auch als \u201eBlaualgen\u201c bekannt sind, wandeln dank ihrer hochaktiven photosynthetischen Zellen Lichtenergie besonders effektiv in chemische Energie um. Das macht sie attraktiv f\u00fcr den biotechnologischen Einsatz, wo sie mit gezielt eingeschleusten Enzymen als umweltfreundliche und gut verf\u00fcgbare Biokatalysatoren zur Herstellung neuer Chemikalien genutzt werden k\u00f6nnten.<\/p>\n

Limitierende Lichtverf\u00fcgbarkeit<\/h3>\n

Was in der Theorie gut klingt, steht in der praktischen gro\u00dftechnologischen Umsetzung noch vor H\u00fcrden: Ein entscheidender limitierender Faktor ist derzeit die Lichtverf\u00fcgbarkeit, wie Robert Kourist vom Institut f\u00fcr Molekulare Biotechnologie der TU Graz erl\u00e4utert: \u201eWenn Cyanobakterien dicht gewachsen, also hochkonzentriert sind, dann bekommen nur die au\u00dfen angesiedelten Zellen genug Licht. Innen ist es ziemlich dunkel. Das hei\u00dft, man kann die Katalysatormenge nicht beliebig steigern. Ab einer Zelldichte von wenigen Gramm pro Liter nimmt die photosynthetische Aktivit\u00e4t und damit die Produktivit\u00e4t der Zellen stark ab. Das ist nat\u00fcrlich f\u00fcr die biotechnologische Gro\u00dfproduktion ein erheblicher Nachteil.\u201c<\/p>\n

Zum Vergleich: Bisher etablierte Biokatalysatoren wie etwa Hefen k\u00f6nnen mit Zelldichten von 50 Gramm pro Liter und mehr genutzt werden. Die etablierten Produktionsorganismen haben daf\u00fcr den gro\u00dfen Nachteil, dass sie auf landwirtschaftliche Produkte als Wachstumsgrundlage angewiesen sind und damit viele Ressourcen verbrauchen. \u201eAlgenbasierte Katalysatoren k\u00f6nnen aus Wasser und\u00a0CO2<\/sub> herangezogen werden, sind also in doppelter Hinsicht \u201agr\u00fcn\u2018. Daher gibt es intensive Bem\u00fchungen, die katalytische Performance von Cyanobakterien zu erh\u00f6hen\u201c, so Kourist.<\/p>\n

Verf\u00fcgbares Licht besser nutzen<\/h3>\n

Gemeinsam mit der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum und der finnischen Universit\u00e4t Turku ist es der Algen-Arbeitsgruppe an der TU Graz nun gelungen, genau diese katalytische Performance zu steigern, indem der photosynthetische Elektronenfluss gezielt in die gew\u00fcnschte katalytische Funktion umgeleitet wurde. \u201eWir konnten erstmals die Bereitstellung photosynthetischer Energie direkt in den Zellen zeitaufgel\u00f6st messen, sodass wir dar\u00fcber Engp\u00e4sse im Metabolismus identifizieren konnten\u201c, erkl\u00e4rt Marc Nowaczyk vom Lehrstuhl f\u00fcr Biochemie der Pflanzen an der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum. \u201eDaher haben wir im Genom des Cyanobakteriums ein System ausgeschaltet, das die Zelle vor fluktuierendem Licht sch\u00fctzen soll. Dieses System ist unter kontrollierten Kultivierungsbedingungen nicht notwendig, verbraucht aber photosynthetische Energie. Energie, die wir lieber in die Zielreaktion einbringen\u201c, erl\u00e4utert Hanna B\u00fcchsensch\u00fctz, Doktorandin an der TU Graz und Erstautorin der Studie. Damit kann die aufgrund der hohen Zelldichten niedrige Produktivit\u00e4t von Cyanobakterien verbessert werden. \u201eAnders gesagt: Wir k\u00f6nnen nur eine gewisse Menge an Zellen einsetzen. Deswegen m\u00fcssen wir die Zellen schneller machen. Und daf\u00fcr haben wir \u00fcber das sogenannte Metabolic Engineering einen Weg aufgezeigt, der Cyanobakterien einen gro\u00dfen Schritt reifer macht f\u00fcr die biotechnologische Anwendung\u201c, sagt Kourist.<\/p>\n

Neben der Produktivit\u00e4tssteigerung der Zelle an sich durch gezielte Eingriffe auf der Gen-Ebene befassen sich die Grazer Forscherinnen und Forscher gleichzeitig mit neuen Konzepten f\u00fcr den Algen-Kultivierungsprozess. Ein Ansatz ist es, Lichtquellen direkt in die Zellsuspension einzubringen, etwa \u00fcber Mini-LEDs. Auch mit neuen Geometrien wird experimentiert. So k\u00f6nnen Cyanobakterien in der Form abgekapselter kleiner K\u00fcgelchen, sogenannten \u201eBeads\u201c, insgesamt mehr Licht aufnehmen. Robert Kourist dazu: \u201eEs ist ganz wichtig, alle Ma\u00dfnahmen auf dem Weg zur gro\u00dfindustriellen Anwendung von algenbasierten Biokatalysatoren integriert zu entwickeln. Das geht nur mit interdisziplin\u00e4rer Forschung, die die Funktionsweise eines Enzyms genauso betrachtet wie das Engineering in der photosynthetischen Zelle.\u201c<\/p>\n

Diese Forschung ist an der TU Graz im Field of Expertise \u201eHuman & Biotechnology”<\/a> verankert, einem von f\u00fcnf strategischen Forschungsschwerpunkten der TU Graz.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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