{"id":94290,"date":"2021-09-02T07:07:00","date_gmt":"2021-09-02T05:07:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=94290"},"modified":"2021-08-30T14:48:11","modified_gmt":"2021-08-30T12:48:11","slug":"verwendung-von-hefe-zur-entwicklung-alternativer-petrochemischer-prozesse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/verwendung-von-hefe-zur-entwicklung-alternativer-petrochemischer-prozesse\/","title":{"rendered":"Verwendung von Hefe zur Entwicklung alternativer petrochemischer Prozesse"},"content":{"rendered":"\n\n\n
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Hefe. Source: pixabay.com<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Da der Klimawandel unserem Planeten immer mehr Schaden zuf\u00fcgt, arbeiten Wissenschaftler daran, effizientere und sauberere Wege zur Energieversorgung der Erde zu finden. Eine attraktive Alternative zu den \u00fcblichen petrochemischen Verfahren, die erhebliche Treibhausgase und andere Abfallprodukte erzeugen, k\u00f6nnten biologische Systeme sein.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

J\u00fcngste Arbeiten von Michael Jewett von Northwestern Engineering und Forschern der University of Texas in Austin haben zu einem besseren Verst\u00e4ndnis der biochemischen Prozesse und zu h\u00f6heren Raten der chemischen Produktion durch biologische Systeme gef\u00fchrt. Die Ergebnisse k\u00f6nnten uns der Umsetzung nachhaltiger Alternativen zur Synthese von Materialien, Kraftstoffen und anderen aus Erd\u00f6l gewonnenen Produkten n\u00e4her bringen.<\/p>\n\n\n\n

Der Artikel “An Integrated In Vivo\/In Vitro Framework to Enhance Cell-Free Biosynthesis with Metabolically Rewired Yeast Extracts”, der am 26. August in der Fachzeitschrift Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht wurde, beschreibt die Entwicklung optimierter In-vitro-Biosyntheseprozesse<\/em> (biochemische Produktion) unter Verwendung von Zellextrakten aus manipulierten St\u00e4mmen von Saccharomyces cerevisiae<\/em> (Bierhefe). Neben Jewett, Walter P. Murphy Professor f\u00fcr Chemie- und Bioingenieurwesen an der McCormick School of Engineering, wurde die Arbeit von Blake Rasor, einem Doktoranden in Jewetts Labor, verfasst. Die Untersuchung wurde in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von Hal Alper, einem Professor an der University of Texas in Austin, durchgef\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Die Arbeit wurde durch das Emerging Technologies Opportunity Program (ETOP) des US Department of Energy Joint Genome Institute unterst\u00fctzt. Das ETOP stellt Mittel f\u00fcr die Entwicklung neuer Technologien bereit, die Forschern auf der ganzen Welt angeboten werden, die die Nutzerprogramme des JGI nutzen, um Energie- und Umweltanwendungen voranzubringen.<\/p>\n\n\n\n

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Hefest\u00e4mme, die f\u00fcr die biochemische Umwandlung von Glukose in wertsch\u00f6pfende Produkte entwickelt wurden, sind aufgrund von Wachstums- und Lebensf\u00e4higkeitseinschr\u00e4nkungen in ihrer chemischen Produktion begrenzt. Zellextrakte bieten eine Alternative f\u00fcr die chemische Synthese bei fehlenden Zellwachstum, indem sie die l\u00f6slichen Bestandteile lysierter Zellen isolieren. Durch die Trennung der Enzymproduktion(w\u00e4hrend des Wachstums) und des biochemischen Produktionsprozesses (in zellfreien Reaktionen) erm\u00f6glicht dieser Rahmen die Biosynthese verschiedener chemischer Produkte mit h\u00f6heren volumetrischen Produktivit\u00e4ten als die Ausgangsst\u00e4mme. Source: chemie.de<\/a><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Jahrzehntelange Stoffwechselstudien und die Entwicklung genetischer Werkzeuge machen S. cerevisiae<\/em> zu einem hochgradig kontrollierbaren System f\u00fcr die biochemische Produktion. \u00dcber die historischen Anwendungen beim Backen und Brauen hinaus wurde diese Hefe zur Produktion unz\u00e4hliger Zielmolek\u00fcle f\u00fcr industrielle und therapeutische Anwendungen entwickelt.<\/p>\n\n\n\n

Bei zellul\u00e4ren Produktionssystemen gibt es jedoch ein internes Tauziehen zwischen der Herstellung von mehr Zellen und der Herstellung des manipulierten Produkts. Jewetts Gruppe umgeht diese Wachstums- und Lebensf\u00e4higkeitseinschr\u00e4nkungen, indem sie die biologische Maschinerie aus den Zellen herausbricht und das extrahierte Material f\u00fcr zellfreie biochemische Reaktionen verwendet, was die Optimierung von Hebeln erm\u00f6glicht, die in lebenden Zellen nicht einfach eingestellt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Bisher wurden bei der zellfreien Biosynthese mit rohen Zellextrakten haupts\u00e4chlich unver\u00e4nderte E. coli-St\u00e4mme<\/em> verwendet. Die Forscher erweiterten den Anwendungsbereich dieser Technik durch die Verwendung von Extrakten aus S. cerevisiae<\/em> und durch die Einbeziehung zellul\u00e4rer Stoffwechseltechniken, um das biosynthetische Potenzial der zellfreien Reaktionen zu verbessern. Dies zeigt, dass durch die Umstellung des Stoffwechsels in den Zellen Extrakte mit einer h\u00f6heren volumetrischen Leistung erzeugt werden als Wildtyp-Extrakte (unver\u00e4ndert) und die entsprechenden Zellkulturen.<\/p>\n\n\n\n

Insbesondere die zellfreie Produktion von drei chemischen Produkten (Butandiol, Glycerin, Itacons\u00e4ure) mit einer bis zu 10-mal schnelleren Rate als bei entsprechenden zellul\u00e4ren Ans\u00e4tzen zeigt die Flexibilit\u00e4t und Wirksamkeit der Integration von zellul\u00e4rem Engineering mit zellfreier Biosynthese.<\/p>\n\n\n\n

“Dies k\u00f6nnte die Bandbreite der biologischen Plattformen erweitern, die die Bem\u00fchungen um Nachhaltigkeit unterst\u00fctzen”, sagte Rasor.<\/p>\n\n\n\n

“Unsere Arbeit f\u00fcgt sich in einen aufstrebenden Wissenschaftsbereich ein, der versucht, zellfreie Systeme aus rohen Zellextrakten f\u00fcr das Design zellul\u00e4rer Funktionen, die Bioproduktion auf Abruf und tragbare Diagnostik zu nutzen”, sagte Jewett, Direktor des Zentrums f\u00fcr Synthetische Biologie. “Diese Bem\u00fchungen erweitern die Definition der Bioproduktion, um eine nachhaltige Bio\u00f6konomie aufzubauen.”<\/p>\n\n\n\n

Was die n\u00e4chsten Schritte anbelangt, so bauen Jewett und seine Mitarbeiter auf dieser Arbeit auf, sowohl f\u00fcr das Prototyping von Stoffwechselwegen im Kontext eines ver\u00e4nderten Stoffwechsels als auch f\u00fcr die zellfreie Bioproduktion zur Erg\u00e4nzung der derzeitigen zellbasierten Ans\u00e4tze.<\/p>\n\n\n\n

“Die Ausweitung der Strategie des integrierten zellul\u00e4ren\/zellfreien Stoffwechsel-Engineerings auf Hefest\u00e4mme, die andere biochemische Produkte mit Mehrwert produzieren, und die Vergr\u00f6\u00dferung des Umfangs zellfreier Reaktionen k\u00f6nnte die Entwicklung nachhaltiger, wirtschaftlich tragf\u00e4higer Alternativen zu den derzeitigen chemischen Produktionsverfahren anf\u00fchren”, sagte er.<\/p>\n\n\n\n

\u00dcber chemie.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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