Ein biochemisches Forschungsteam der University of Nebraska-Lincoln hat durch Gentechnik erfolgreich ein methanproduzierendes Bakterium so verändert, dass es Verbindungen aus Abwasser als Rohstoff nutzen kann, um effizient Isopren – einen Schlüsselchemikalie für die Herstellung von synthetischem Kautschuk – zu synthetisieren. Diese Studie bietet einen neuen biotechnologischen Weg, um erdölraffinierte Kautschukrohstoffe zu ersetzen.
Derzeit stammen weltweit etwa 800.000 Tonnen Isopren pro Jahr hauptsächlich aus petrochemischer Raffination. Um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu verringern, sucht die Wissenschaft nach erneuerbaren alternativen Produktionsmethoden. Professorin Nicole Buan und ihr Team wählten ein methanproduzierendes Bakterium namens Methanosarcina acetivorans und versahen es durch das Einfügen von Pflanzengenen damit, bei seinem Stoffwechsel Isoprengas freizusetzen. Teammitglied Sean Carr beschrieb den Prozess: „Es ist, als ob man die Mikrobe dazu bringt, den Kautschukrohstoff ‚auszuatmen‘.“
Im Vergleich zu herkömmlichen Biosynthesetechnologien, die Zucker als Rohstoff nutzen, kann der modifizierte Methanbildner mit Abwasserbestandteilen wie Methanol wachsen, dabei Isopren synthetisieren und gleichzeitig Abwasser behandeln, und benötigt dabei keine Licht- oder Sauerstoffumgebung. Experimentelle Daten zeigen, dass der Stamm 179-mal mehr Isopren produziert als gentechnisch veränderte Bakterien, die Glukose als Rohstoff nutzen, ohne sein eigenes Wachstum und seinen Stoffwechsel zu beeinträchtigen.
Die Studie zeigt, dass dieser Biosyntheseprozess nicht nur die CO₂-Emissionen der traditionellen erdölbasierten Produktion reduziert, sondern auch die langfristige Abhängigkeit von Erdölrohstoffen verringern könnte. Professorin Buan sagte: „Methanogene Bakterien haben das größte Potenzial, nachhaltige Technologien zu entwickeln, die unsere Klima- und Energiebedürfnisse wirklich verändern können.“ Da methanogene Bakterien bereits weit verbreitet in bestehenden Abwasserbehandlungs- und Biokraftstoffanlagen eingesetzt werden, bietet die Integration einer Isoprenrückgewinnungsfunktion gute Aussichten für die industrielle Anschlussfähigkeit.
Das Team arbeitet derzeit daran, die Leistung des Stammes weiter zu optimieren und seine Umwandlungseffizienz zu steigern. Diese Forschung demonstriert die Machbarkeit, petrochemische Alternativen durch synthetisch-biologische Methoden zu entwickeln, und bietet neue Forschungsrichtungen für die umweltfreundliche Herstellung von Materialien wie Kautschuk.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Jared Aldridge et al., Titel: „Anaerobic Production of Isoprene by Engineered Methanosarcina Species Archaea“, veröffentlicht in: Applied and Environmental Microbiology (2021). Zeitschrifteninfo: Applied and Environmental Microbiology
