Ein Forschungsteam der Northwestern University und der Stanford University hat Fortschritte in der synthetischen Biologie erzielt und erfolgreich ein künstlich entwickeltes Stoffwechselsystem entwickelt, das Kohlendioxid in biobasierte Chemikalien mit praktischem Nutzen umwandeln kann. Die zugehörige Forschung wurde in der Fachzeitschrift *Nature Chemical Engineering* veröffentlicht.

Dieses System, der sogenannte „reduzierte Ameisensäureweg“, basiert auf der Verwendung von gentechnisch veränderten Enzymen, die aus Kohlendioxid stammende Ameisensäure außerhalb lebender Zellen in den universellen Zellmetaboliten Acetyl-CoA umwandeln. Das Forschungsteam demonstrierte außerdem die Umwandlung dieses Metaboliten in Äpfelsäure, die Anwendung in Lebensmitteln, Kosmetika und biologisch abbaubaren Kunststoffen findet.

„Inspiriert von der Natur wollten wir biologische Enzyme nutzen, um aus Kohlendioxid stammende Ameisensäure in wertvollere Substanzen umzuwandeln. Da es in der Natur keine leicht verfügbaren Enzyme dafür gibt, haben wir uns entschieden, eines künstlich zu synthetisieren“, sagte Ashti Karim, Assistenzprofessorin an der Northwestern University. Die Forschung nutzte zellfreie Techniken der synthetischen Biologie, um fünf Schlüsselenzyme effizient zu screenen und zu designen und so einen künstlichen Stoffwechselweg mit sechs Schritten zu konstruieren. Im Vergleich zu Methoden mit lebenden Zellen ermöglicht dieses In-vitro-System eine präzisere Kontrolle der Reaktionsbedingungen. Das Team demonstrierte, dass dieser Stoffwechselweg nicht nur Ameisensäure, sondern auch andere C1-Verbindungen wie Formaldehyd und Methanol als Ausgangsmaterialien nutzen kann.

Professor Michael Jupiter von der Stanford University erklärte: „Dies ist das erste Mal, dass eine synthetische Stoffwechselwegarchitektur demonstriert wurde, die dieses Ziel erreichen kann. Wir gehen davon aus, dass Hybridtechnologien, die Chemie und Biologie integrieren, einen transformativen neuen Weg für eine Zukunft mit höheren CO2-Emissionen und Energieeffizienz eröffnen werden.“

Diese Forschung liefert eine neue Strategie für die Ressourcennutzung von Kohlendioxid und demonstriert das Potenzial, Treibhausgase durch das rationale Design und die Integration von Biokatalyse und chemischen Prozessen in hochwertige Produkte umzuwandeln. Die zukünftige Arbeit des Teams wird sich auf die Optimierung der Effizienz und Stabilität dieses Stoffwechselwegs sowie auf die Erforschung seines Potenzials zur Herstellung vielfältigerer Chemikalien konzentrieren.

Weitere Informationen: Titel: Ein zellfreier Syntheseweg zur biokatalytischen Aufwertung von Ameisensäure aus elektrochemisch reduziertem CO₂, veröffentlicht in: *Nature Chemical Engineering* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Chemical Engineering*