{"id":94072,"date":"2021-08-23T07:13:00","date_gmt":"2021-08-23T05:13:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=94072"},"modified":"2021-08-19T12:54:26","modified_gmt":"2021-08-19T10:54:26","slug":"bioprozess-zur-umwandlung-von-pflanzenmaterial-in-wertvolle-chemikalien-entwickelt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bioprozess-zur-umwandlung-von-pflanzenmaterial-in-wertvolle-chemikalien-entwickelt\/","title":{"rendered":"Bioprozess zur Umwandlung von Pflanzenmaterial in wertvolle Chemikalien entwickelt"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Lignocellulose, das holzige Material, das den Pflanzenzellen ihre Struktur verleiht, ist der am h\u00e4ufigsten vorkommende Rohstoff auf der Erde und wird seit langem als Quelle erneuerbarer Energie angesehen. Sie enth\u00e4lt haupts\u00e4chlich Acetat und die Zucker Glucose und Xylose, die bei der Zersetzung freigesetzt werden.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"
Yong-Su Jin, Professor f\u00fcr Lebensmittelwissenschaften und menschliche Ern\u00e4hrung, leitete ein Team, das eine Methode zur effizienten Umwandlung der Hemizellulose in Rutenhirse in hochwertige Bioprodukte entwickelte, indem es eine gentechnisch ver\u00e4nderter Hefe und das Acetat und die Xy\u00f6pse ais dem Zellw\u00e4nden der Pflanzen verwendete. Source: L. Brian Stauffer<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

In einem in Nature Communications ver\u00f6ffentlichten Artikel beschreibt das Team seine Arbeit, die eine praktikable Methode zur \u00dcberwindung eines der Haupthindernisse f\u00fcr die Vermarktung von Biokraftstoffen aus Lignozellulose darstellt – die Toxizit\u00e4t von Acetat f\u00fcr fermentierende Mikroben wie Hefe.<\/p>\n\n\n\n

“Dies ist der erste Ansatz, der die effiziente und vollst\u00e4ndige Nutzung von Xylose und Acetat f\u00fcr die Produktion von Biokraftstoff demonstriert”, so Yong-Su Jin, Professor f\u00fcr Lebensmittelwissenschaften und menschliche Ern\u00e4hrung. Jin, der dem Carl R. Woese Institute for Genomic Biology angeh\u00f6rt, leitete die Forschung zusammen mit dem damaligen Doktoranden Liang Sun, dem Erstautor der Studie.<\/p>\n\n\n\n

Ihre Methodik nutzte die Xylose und das Acetat aus den Zellw\u00e4nden von Switchgrass vollst\u00e4ndig aus und verwandelte das Acetat von einem unerw\u00fcnschten Nebenprodukt in ein wertvolles Substrat, das die Effizienz der Hefe bei der Umwandlung der Zucker in den Hydrosolaten erh\u00f6hte.<\/p>\n\n\n\n

“Wir haben herausgefunden, dass wir das, was bisher als giftige, nutzlose Substanz galt, als zus\u00e4tzliche Kohlenstoffquelle zusammen mit Xylose verwenden k\u00f6nnen, um auf wirtschaftliche Weise Feinchemikalien zu produzieren”, so Jin, wie z. B. Triessigs\u00e4urelacton (triacetic acid lactone, TAL) und Vitamin A, die aus demselben Vorl\u00e4ufermolek\u00fcl, Acetylcoenzym A, gewonnen werden.<\/p>\n\n\n\n

TAL ist eine vielseitige Plattformchemikalie, die derzeit durch die Raffination von Erd\u00f6l gewonnen und zur Herstellung von Kunststoffen und Lebensmittelzutaten verwendet wird, sagte Sun, die derzeit als Postdoktorandin an der University of Wisconsin, Madison, arbeitet.<\/p>\n\n\n\n

In einer fr\u00fcheren Arbeit hatte Co-Autorin Soo Rin Kim, damals Stipendiatin am Energy Biosciences Institute, einen Stamm der Hefe Saccharomyces cerevisiae<\/em> so ver\u00e4ndert, dass er Xylose schnell und effizient verbraucht. Kim ist derzeit Fakult\u00e4tsmitglied an der Kyungpook National University, S\u00fcdkorea.<\/p>\n\n\n\n

In der aktuellen Studie verwendeten sie Rutenhirse, die auf der Energiefarm der U.I. geerntet wurde, um Hemizellulosehydrolysate herzustellen. Die gentechnisch ver\u00e4nderten Hefezellen wurden zur Fermentierung von Glukose, Xylose und Acetat in den Hydrosalaten verwendet.<\/p>\n\n\n\n

Wurden Glukose und Acetat zusammen verabreicht, wandelte S. cerevisiae<\/em> die Glukose rasch in Ethanol um und senkte den pH-Wert der Zellkultur. Der Acetatverbrauch wurde jedoch stark gehemmt, so dass die Kultur unter niedrigen pH-Bedingungen f\u00fcr die Hefezellen toxisch wurde.<\/p>\n\n\n\n

Wenn Xylose zusammen mit Acetat bereitgestellt wurde, “bildeten diese beiden Kohlenstoffquellen Synergien, die einen effizienten Stoffwechsel beider Verbindungen f\u00f6rderten”, so Sun. “Xylose unterst\u00fctzte das Zellwachstum und lieferte ausreichend Energie f\u00fcr die Assimilation von Acetat. Daher konnte die Hefe Acetat als Substrat sehr effizient verstoffwechseln und eine Menge TAL produzieren.”<\/p>\n\n\n\n

Gleichzeitig stieg der pH-Wert des Mediums mit der Verstoffwechselung des Acetats an, was wiederum den Verbrauch der Xylose durch die Hefe f\u00f6rderte, so Sun.<\/p>\n\n\n\n

Als sie die Genexpression von S. cerevisiae <\/em>durch <\/em>RNA-Sequenzierung analysierten, fanden sie heraus, dass Schl\u00fcsselgene, die an der Acetataufnahme und dem Metabolismus beteiligt sind, durch Xylose im Vergleich zu Glukose dramatisch hochreguliert wurden, so Sun.<\/p>\n\n\n\n

Hefezellen, die sowohl mit Acetat als auch mit Xylose gef\u00fcttert wurden, akkumulierten eine gr\u00f6\u00dfere Biomasse und wiesen einen um 48 % bzw. 45 % h\u00f6heren Gehalt an Lipiden und Ergosterol auf. Ergosterol ist ein Pilzhormon, das eine wichtige Rolle bei der Stressanpassung w\u00e4hrend der G\u00e4rung spielt.<\/p>\n\n\n\n

Die gemeinsame Nutzung von Acetat und Xylose erh\u00f6hte auch die Versorgung der Hefe mit Acetyl-CoA, einem Vorl\u00e4ufermolek\u00fcl von Ergosterin und Lipiden, und erm\u00f6glichte eine metabolische Abk\u00fcrzung – die Umwandlung von Acetat in Acetyl-CoA, was die TAL-Produktion einen Schritt n\u00e4her brachte, so Sun.<\/p>\n\n\n\n

“Durch die gemeinsame Nutzung von Xylose und Acetat als Kohlenstoffquellen konnten wir die TAL-Produktion drastisch verbessern – sie war 14-mal h\u00f6her als die zuvor mit gentechnisch ver\u00e4nderten S. cerevisiae<\/em> gemeldete Produktion”, so Sun. “Wir haben diese Strategie auch f\u00fcr die Produktion von Vitamin A angewandt und damit ihr Potenzial f\u00fcr die \u00dcberproduktion anderer hochwertiger Bioprodukte aus Acetyl-CoA, wie Steroide und Flavonoide, demonstriert.<\/p>\n\n\n\n

Da das Verfahren die Kohlenstoffquellen in der lignozellulosehaltigen Biomasse umfassend nutzt, kann es laut Jin und Sun nahtlos in zellulosehaltige Bioraffinerien integriert werden.<\/p>\n\n\n\n

“Es geht um die Nachhaltigkeit unserer Gesellschaft”, sagte Sun. “Wir m\u00fcssen diese ungenutzten Ressourcen voll aussch\u00f6pfen, um eine nachhaltige Zukunft aufzubauen. Wir hoffen, dass wir in 50 oder 100 Jahren haupts\u00e4chlich von diesen erneuerbaren und reichlich vorhandenen Rohstoffen abh\u00e4ngig sein werden, um die Energie und die Materialien zu produzieren, die wir f\u00fcr unser t\u00e4gliches Leben ben\u00f6tigen. Das ist unser Ziel. Aber im Moment tun wir nur kleine Dinge, um sicherzustellen, dass dies allm\u00e4hlich geschieht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Lignocellulose, das holzige Material, das den Pflanzenzellen ihre Struktur verleiht, ist der am h\u00e4ufigsten vorkommende Rohstoff auf der Erde und wird seit langem als Quelle erneuerbarer Energie angesehen. Sie enth\u00e4lt haupts\u00e4chlich Acetat und die Zucker Glucose und Xylose, die bei der Zersetzung freigesetzt werden. In einem in Nature Communications ver\u00f6ffentlichten Artikel beschreibt das Team seine […]<\/p>\n","protected":false},"author":105,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Ein Team von Wissenschaftlern an der University of Illinois Urbana-Champaign entwickelte einen Bioprozess mit Hilfe von gentechnisch ver\u00e4nderter Hefe, der Pflanzenmaterial, das aus Acetat und Xylose besteht, vollst\u00e4ndig und effizient in hochwertige Bioprodukte umwandelt","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[11954,18938,5817],"supplier":[150],"class_list":["post-94072","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-biochemie","tag-pflanzlichechemie","tag-research","supplier-university-of-illinois"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/94072","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\/105"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=94072"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/94072\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=94072"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=94072"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=94072"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=94072"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}