15.09.2021 - American Society For Microbiology

Gentechnisch veränderte E. coli könnten erneuerbare Kraftstoffe aus CO2 herstellen

"Der Schlüssel dazu ist, dass eine Mikrobe Ameisensäure als einzige Kohlenstoffquelle nutzt"

Forscher der Universität Newcastle im Vereinigten Königreich haben Escherichia coli-Bakterienso entwickelt, dass sie Kohlendioxid (CO2) abfangen und mit Hilfe von Wasserstoffgas (H2) in Ameisensäure umwandeln können. Die in der Zeitschrift Applied and Environmental Microbiology veröffentlichte Forschungsarbeit eröffnet die Möglichkeit, atmosphärischesCO2in chemische Grundstoffe umzuwandeln.

Normalerweise katalysiert ein Enzym inE. coliden umgekehrten Weg dieser Reaktion - die Produktion vonH2undCO2aus Ameisensäure. Letztere ist in der Natur vor allem als eine Art Essigverbindung bekannt, mit der sich Ameisen gegen Fressfeinde wehren (Ameisensäure kommt vom lateinischen "formica", was Ameise bedeutet).

Um die normale Reaktion inE. coli umzukehren, brachten die Forscher die Bakterien dazu, Molybdän, ein Metall, das normalerweise ein wichtiger Bestandteil des Enzyms ist, gegen Wolfram auszutauschen, indem sie die Bakterien in einem Überschuss an Wolfram wachsen ließen. "Dies ist relativ einfach, daE. coliden Unterschied zwischen den beiden Metallen nicht ohne weiteres erkennen kann", so Frank Sargent, der Leiter der Studie.

"Durch den Austausch von Wolfram gegen Molybdän veränderten sich die Eigenschaften unseres Enzyms, so dass es imCO2-Abscheidungsmodusblockiert war und nicht mehr zwischenCO2-AbscheidungundCO2-Produktionwechseln konnte", so Dr. Sargent.

Die Forscher verwendeten einen speziellen Druckbioreaktor, der mitH2undCO2gefüllt war, um die Gase für die Mikroben verfügbar zu machen. "Es hat funktioniert - die Bakterien konnten unter Gasdruck wachsen und aus demCO2 Ameisensäure erzeugen", so Dr. Sargent.

Dr. Sargent kam auf die Idee, als er in der Primärliteratur und in populärwissenschaftlichen Büchern über die Entstehung des Lebens auf der Erde las, sagte er. Vor dreieinhalb Milliarden Jahren gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre, aber hoheCO2-undH2-Konzentrationen, und zelluläres Leben hatte sich 10.000 Meter unter der Meeresoberfläche zu entwickeln begonnen.

Damals hätten diese Verbindungen in die Kohlenhydrate umgewandelt werden müssen, von denen alles Leben abhängt. Das könnte durch ein Enzym geschehen, "wie das, das wir inE. coli gefunden haben, das Kohlendioxid in eine organische Säure hydriert", so Dr. Sargent. "Wir wollten das im Labor ausprobieren".

"Auf der ganzen Welt sind sich die Gesellschaften darüber im Klaren, wie wichtig es ist, den Klimawandel zu bekämpfen, nachhaltige Energiequellen zu entwickeln und Abfall zu reduzieren", so Dr. Sargent. "Die Verringerung der Kohlendioxidemissionen erfordert einen Korb verschiedener Lösungen. Biologie und Mikrobiologie bieten einige interessante Optionen".

"Das ultimative Ziel wäre es, verschwendetesCO2mit Hilfe von erneuerbarem Wasserstoffgas aus Biowasserstoff - wie in dieser Forschung - oder Elektrolyse, die mit erneuerbarem Strom betrieben wird, abzuscheiden und in Ameisensäure umzuwandeln", sagte Dr. Sargent. "Der Schlüssel dazu ist, dass eine Mikrobe Ameisensäure als einzige Kohlenstoffquelle nutzt. Dann können wir Kraftstoff, Kunststoff oder Chemikalien herstellen. Das ist die Vision einer wirklich zyklischen Bioökonomie, in der ständigCO2produziert, abgetrennt und wieder dem Markt zugeführt wird."

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