Angesichts steigender Kosten für fossile Brennstoffe und eines wachsenden Interesses an grünen Technologien wird die Herstellung von Verbindungen mithilfe von Mikroorganismen als eine vielversprechende nachhaltige Alternative angesehen. In diesem Zusammenhang hat ein Forschungsteam der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University kürzlich Fortschritte bei der Verbesserung der Chemikalientoleranz einer gängigen Industriehefe erzielt und bietet damit neue technologische Ansätze zur Ablösung traditioneller petrochemischer Wege.
Die Forschung konzentriert sich auf die Verwendung von Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) zur Herstellung der organischen Verbindung 2,3-Butandiol (2,3-BDO). Diese Substanz wird derzeit größtenteils aus Erdölrohstoffen hergestellt und findet breite Anwendung in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie. Natürliche Hefestämme weisen jedoch eine geringe Toleranz gegenüber hohen Konzentrationen von 2,3-BDO auf, was ihre Effizienz als Erdölersatzroute und ihre Aussichten für eine großtechnische Anwendung einschränkt.
Um diesen Engpass zu überwinden, nutzte das Team unter der Leitung von Associate Professor Ryosuke Yamada Gentechnik, um Mutationen in die genomische DNA der Hefe einzuführen und so ihre Leistungsfähigkeit zu steigern. Die Forscher konstruierten mehrere modifizierte Stämme und unterzogen sie einer gezielten Selektion unter verschiedenen Stressbedingungen, einschließlich Ethanol, hoher Temperatur und niedrigem pH-Wert.
Das Experiment führte erfolgreich zur Isolierung des mutierten Stamms YPH499/Co58. Die Vermehrungsfähigkeit dieses Stamms in einer Umgebung mit hoher 2,3-BDO-Konzentration erreichte das 122-fache des ursprünglichen Stamms. Genexpressionsanalysen zeigten, dass die Aktivierung von Genen, die mit dem Proteasom, Peroxisomen, dem Energiestoffwechsel und der Transkriptionsregulation in Verbindung stehen, der Schlüsselmechanismus für die verbesserte Chemikalientoleranz ist.
Associate Professor Ryosuke Yamada kommentierte dies wie folgt: „Die Technik zur Veränderung der genomischen DNA von Hefe ist eine effektive Basistechnologie, um ihre Fähigkeiten zu verbessern.“ Er fügte hinzu: „Diese Methode kann nicht nur zur Herstellung von 2,3-Butandiol genutzt werden, sondern auch die Entwicklung robusterer Mikroorganismen fördern, die andere nützliche Substanzen effizient produzieren können, und so zu einer nachhaltigen Gesellschaft beitragen.“ Die Studie liefert neue experimentelle Grundlagen für den Ersatz einiger petrochemischer Produkte durch biologische Herstellungswege. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Applied Microbiology and Biotechnology“ veröffentlicht.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Kaito Nakamura et al., Titel: „Construction of a yeast strain with extremely high 2,3-butanediol tolerance by introducing point and structural mutations and partial elucidation of its tolerance mechanism“, erschienen in: Applied Microbiology and Biotechnology (2025). Zeitschrifteninfo: Applied Microbiology and Biotechnology
