Ein Forschungsteam des Brookhaven National Laboratory hat Pappeln gentechnisch so verändert, dass sie Chemikalien produzieren, die zur Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe und anderer Produkte verwendet werden können. Die Forschungsergebnisse wurden im *Journal of Plant Biotechnology* veröffentlicht. Als Bioenergiepflanze ermöglichen die gentechnisch veränderten Pappeln durch die Modifizierung von Stoffwechselwegen die Biosynthese hochwertiger Materialien und eröffnen damit neue Wege für die Entwicklung nachhaltiger Materialien.
Das Forschungsteam veränderte Hybridpappeln gentechnisch, indem es fünf Gene von Bodenmikroorganismen einführte, um einen synthetischen Stoffwechselweg zu konstruieren. Dieser Weg ermöglicht es den Bäumen, 2-Pyranon-4,6-dicarbonsäure (PDC) zu produzieren, eine Verbindung, die in Hochleistungskunststoffen und Beschichtungen verwendet wird. Gleichzeitig synthetisierten die Bäume auch Protocatechusäure und Vanillinsäure, die in der Industrie und Pharmazie Anwendung finden. Diese Errungenschaft demonstriert das Potenzial gentechnisch veränderter Pappeln für die Produktion biobasierter Materialien.
Die modifizierten Bäume weisen mehrere positive Veränderungen in ihrer inneren Struktur auf. Der Ligningehalt in ihren Zellwänden ist reduziert, während der Hemicellulosegehalt erhöht ist, wodurch die Biomasse leichter abbaubar wird. Die gentechnisch veränderten Bäume zeigten eine um 25 % gesteigerte Glukoseproduktion und eine 2,5-fache Steigerung der Xyloseproduktion – wichtige Rohstoffe für Biokraftstoffe und andere Bioprodukte. Die gentechnisch veränderten Pappeln wiesen zudem eine höhere Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umweltbedingungen auf; das in ihrer Rinde und ihren Wurzeln angereicherte Suberin trägt dazu bei, Feuchtigkeit und Nährstoffe in salz-alkalischen Böden zu speichern.
„Diese Studie demonstriert die Plastizität bzw. Flexibilität des Pappelstoffwechsels und die Machbarkeit der gentechnischen Entwicklung stressresistenter Nutzpflanzen zur Herstellung einer Vielzahl gewünschter Produkte“, sagte Changjun Liu, Biologe am Brookhaven National Laboratory und Leiter der Studie. Zum Forschungsteam gehörten Wissenschaftler des Joint Institute for Bioenergy and Bioprocess Technology und der Universität Kyoto.
Aktuell basieren alle experimentellen Daten auf Pflanzen aus Gewächshauskulturen. Im nächsten Schritt werden Feldversuche durchgeführt, um die Wachstumsstabilität und den Wirkstoffertrag gentechnisch veränderter Pappeln unter realen Bedingungen zu überprüfen. Die Forscher werden weiterhin Stoffwechselwege optimieren, die Effizienz der Zielverbindungssynthese verbessern und die industrielle Anwendung dieser Technologie vorantreiben.
Weitere Informationen: Nidhi Dwivedi et al., „Engineering the Production of 2-Pyranone-4,6-Dicarbon Acids Reveals the Metabolic Plasticity of Poplars“, *Journal of Plant Biotechnology* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Journal of Plant Biotechnology*
