"Superman"-Bakterien sorgen für einen nachhaltigen Schub in der Chemieproduktion
Ein maßgeschneiderter "Superman-Umhang" für Bakterien
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Die Industrie - insbesondere die pharmazeutische Industrie - ist bei ihrer Produktion stark auf Bakterien angewiesen. Jetzt stellen Forscher einen "Superman-Anzug" vor, den man den Bakterien anziehen kann, damit sie Chemikalien mit weniger Energie, weniger Lösungsmitteln und weniger Abfall produzieren können.
Billionen von Bakterien arbeiten in der chemischen und pharmazeutischen Industrie und helfen bei der Herstellung von Bier und Gesichtscremes bis hin zu Biodiesel und Düngemitteln. Vor allem die pharmazeutische Industrie ist bei der Herstellung von Substanzen wie Insulin und Penicillin stark auf Bakterien angewiesen.
Die Nutzung der industriellen Beiträge von Bakterien hat die globale Gesundheit revolutioniert, aber ihre Arbeit ist mit hohen Energiekosten verbunden. Außerdem sind oft Lösungsmittel und die ständige Produktion neuer Bakterien erforderlich, da sie ihre Arbeit nicht lange verrichten.
Ein maßgeschneidertes Superman-Cape
Changzhu Wu, Chemiker und außerordentlicher Professor an der Fakultät für Physik, Chemie und Pharmazie der Universität von Süddänemark, konzentriert sich darauf, industrielle Bakterien robuster und nützlicher zu machen. Sein Ziel ist es, den Energie- und Zeitaufwand sowie den Einsatz unerwünschter Chemikalien für die Pflege von Bakterien zu verringern und sie gleichzeitig wiederverwendbar zu machen, damit sie länger arbeiten können, bevor sie ersetzt werden müssen.
Seine jüngste Innovation führt eine Art "superstarkes" Bakterium ein und wurde jetzt in Nature Catalysis veröffentlicht.
"Wir haben ein in der Industrie weit verbreitetes Bakterium, E. coli, mit einem 'Superman-Umhang' ausgestattet, um seine Katalysefähigkeiten zu verbessern. Das reduziert den Energieverbrauch und macht den Produktionsprozess nachhaltiger", erklärt Changzhu Wu.
Ein Arbeitstier in der Industrie
E. coli wird zwar oft mit Lebensmittelkrankheiten in Verbindung gebracht, aber auch in der pharmazeutischen Industrie wird es häufig eingesetzt, um durch verschiedene chemische Reaktionen wichtige Medikamente wie Insulin und Wachstumshormone herzustellen.
In der Industrie werden große Mengen von E. coli verwendet, deren Austausch aufgrund von Faktoren wie hohen Temperaturen, extremen pH-Werten, UV-Strahlung und Lösungsmitteleinwirkung einen hohen Umwelt-, Energie- und Zeitaufwand erfordert.
Bei der Entwicklung seines "Superman-Umhangs" suchte Changzhu Wu nach einem Material, das die Bakterien einhüllt und ihnen gleichzeitig die Möglichkeit gibt, mit ihrer Umgebung zu interagieren, um die gewünschten komplexen chemischen Reaktionen auszuführen.
Komplexe chemische Reaktionen in kurzer Zeit
Die Lösung: eine Polymerbeschichtung, die sich in die bakterielle Zellmembran integriert. Polymere sind große Moleküle, die aus Milliarden von identischen Einheiten, den Monomeren, bestehen.
"Wir haben die Zellmembran eines E. coli-Bakteriums im Wesentlichen mit Polymeren gepfropft und damit zwei wichtige Ergebnisse erzielt: Erstens wurden die Bakterien stärker und effizienter und konnten komplexe chemische Reaktionen schneller durchführen. Zweitens wurde das Bakterium besser geschützt, so dass es vielfältig eingesetzt werden kann. Es handelt sich also um eine Art 'Superman-Bakterium', das nachhaltiger ist", erklärt Changzhu Wu.
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