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Der neue Weg erm\u00f6glicht es, die St\u00e4rkeproduktion vom traditionellen landwirtschaftlichen Anbau auf die industrielle Fertigung umzustellen, und er\u00f6ffnet einen neuen technischen Weg zur Synthese komplexer Molek\u00fcle aus CO2<\/sub>.<\/p>\n\n\n\n St\u00e4rke ist der Hauptbestandteil von Getreide und ein wichtiger Industrierohstoff. Gegenw\u00e4rtig wird sie haupts\u00e4chlich von Nutzpflanzen wie Mais durch die Bindung von CO2<\/sub> durch Photosynthese erzeugt. Dieser Prozess umfasst etwa 60 biochemische Reaktionen sowie eine komplexe physiologische Regulierung. Die theoretische Energieumwandlungseffizienz dieses Prozesses betr\u00e4gt nur etwa 2%.<\/p>\n\n\n\n Strategien f\u00fcr die nachhaltige Bereitstellung von St\u00e4rke und die Nutzung von CO2<\/sub> sind dringend erforderlich, um die gro\u00dfen Herausforderungen der Menschheit, wie die Nahrungsmittelkrise und den Klimawandel, zu bew\u00e4ltigen. Die Entwicklung neuartiger Verfahren zur Umwandlung von CO2<\/sub> in St\u00e4rke, die \u00fcber die pflanzliche Photosynthese hinausgehen, ist eine wichtige und innovative Aufgabe im Bereich Wissenschaft und Technologie und wird in der heutigen Welt einen bedeutenden technologischen Umbruch darstellen.<\/p>\n\n\n\n Um dieses Problem anzugehen, haben Wissenschaftler des Tianjin Institute of Industrial Biotechnology (TIB) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) ein chemoenzymatisches System sowie einen k\u00fcnstlichen St\u00e4rkeabbauweg entwickelt, der aus nur 11 Kernreaktionen besteht, um CO2<\/sub> in St\u00e4rke umzuwandeln.<\/p>\n\n\n\n Dieser Weg wurde durch eine “building block”-Strategie etabliert, bei der die Forscher chemische und biologische katalytische Module integrierten, um Energie mit hoher Dichte und CO2 <\/sub>in hoher Konzentration auf biotechnologisch innovative Weise zu nutzen.<\/p>\n\n\n\n Die Forscher optimierten dieses Hybridsystem systematisch durch r\u00e4umliche und zeitliche Trennung, indem sie Aspekte wie Substratkonkurrenz, Produkthemmung und thermodynamische Anpassung ber\u00fccksichtigten.<\/p>\n\n\n\n Die k\u00fcnstliche Methode kann St\u00e4rke aus CO2<\/sub> mit einer 8,5-fach h\u00f6heren Effizienz als die St\u00e4rkebiosynthese in Mais produzieren, was einen gro\u00dfen Schritt in Richtung Natur\u00fcberwindung bedeutet. Sie bietet eine neue wissenschaftliche Grundlage f\u00fcr die Schaffung biologischer Systeme mit noch nie dagewesenen Funktionen.<\/p>\n\n\n\n “Nach den derzeitigen technischen Parametern entspricht die Jahresproduktion von St\u00e4rke in einem 1-Kubikmeter-Bioreaktor theoretisch dem j\u00e4hrlichen St\u00e4rkeertrag aus dem Anbau von einem Hektar Mais, ohne Ber\u00fccksichtigung des Energieinputs”, so CAI Tao, Hauptautor der Studie.<\/p>\n\n\n\n Diese Arbeit w\u00fcrde ein Fenster f\u00fcr die industrielle Herstellung von St\u00e4rke aus CO2<\/sub> \u00f6ffnen.<\/p>\n\n\n\n “Wenn die Gesamtkosten des Prozesses in Zukunft auf ein Niveau gesenkt werden k\u00f6nnen, das wirtschaftlich mit dem landwirtschaftlichen Anbau vergleichbar ist, werden voraussichtlich mehr als 90% der Anbaufl\u00e4chen und S\u00fc\u00dfwasserressourcen eingespart”, so MA Yanhe, korrespondierender Autor der Studie.<\/p>\n\n\n\n Dar\u00fcber hinaus w\u00fcrde sie auch dazu beitragen, die negativen Umweltauswirkungen des Einsatzes von Pestiziden und D\u00fcngemitteln zu vermeiden, die Ern\u00e4hrungssicherheit der Menschen zu verbessern, eine kohlenstoffneutrale Bio\u00f6konomie zu erm\u00f6glichen und schlie\u00dflich die Bildung einer nachhaltigen biobasierten Gesellschaft zu f\u00f6rdern.<\/p>\n\n\n\n Die TIB konzentriert sich seit 2015 auf die k\u00fcnstliche St\u00e4rkebiosynthese und CO2<\/sub>-Nutzung. Um eine solche bedarfsorientierte W&T-Forschung durchzuf\u00fchren, wurden alle Arten von Innovationsressourcen geb\u00fcndelt und die Integration von “Disziplin, Aufgabe und Plattform” gest\u00e4rkt, um eine effiziente Koordinierung der Forschungsanstrengungen zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\nOriginalver\u00f6ffentlichung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n