Hefen können nicht nur aus pflanzlichen Zuckern Bier und Wein gewinnen, sondern auch Bioethanol. Diesem wird eine große Zukunft als erneuerbarem Autokraftstoff vorausgesagt, denn bis zum Jahr 2020 sollen in Deutschland 20 Prozent der fossilen Kraftstoffe durch Biokraftstoffe ersetzt werden. Frankfurter Forscher haben nun Hefen im Reagenzglas hergestellt, die aus Pflanzenabfällen hochwertigen und zugleich preiswerten Biosprit aus Ethanol und Butanol produzieren.
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Die traditionelle Herstellung von Bioethanol aus Mais und Getreide ist kürzlich in Misskredit geraten, weil seine Produktion mit derjenigen von Nahrungsmitteln konkurriert und nur unwesentlich zur Reduktion des Treibhausgases Kohlendioxid beiträgt. Forscher der Universität Frankfurt um Professor Eckhard Boles umgehen dieses Problem, indem sie die Stoffwechseleigenschaften von Hefen so verbessern, dass sie auch Pflanzenabfälle verwerten können. Dazu haben sie erstmals die Methode der Synthetischen Biologie angewandt.
Künstlich erzeugte Gene für die Hefen
„Wir bauen in die Hefe Saccharomyces cerevisiae künstliche, biochemische Systeme ein, die neuartige Stoffwechselwege in der Zelle etablieren“, erklärt Boles. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten, bei denen Erbmaterial aus Bakterien in die Hefezellen eingeschleust wurde, haben die Forscher nun am Computer entwickelte und maschinell, aus DNA-Bausteinen künstlich synthetisierte Gene in die Hefen eingebracht.
Die „Anleitung“ dazu entnehmen sie weiterhin der Aminosäuresequenz von bakteriellen Enzymen, modifizieren aber den Bauplan so, dass er optimal auf die Stoffwechseleigenschaften der Hefen abgestimmt ist. Die so erzeugten künstlichen Gene erlauben es den Hefezellen, bestimmte Zuckerarten in pflanzlichen Abfällen deutlich effizienter zu Ethanol umzusetzen.
„Die Arbeiten meiner Mitarbeiterin Beate Wiedemann haben dazu geführt, dass wir den Ertrag um 25 Prozent steigern konnten. Die Produktivität, das heißt die Geschwindigkeit der Umsetzung hat sogar um mehr als 250 Prozent zugenommen“, erläutert Boles. „Damit kommen wir der kommerziellen Produktion von Zellulose- Ethanol einen beträchtlichen Schritt näher.“
Aufrüsten der Hefe
Die Erfindung wurde bereits zum Patent angemeldet. Die neuen Methoden der Synthetischen Biologie sollen nun für weitere Aufrüstungen der Hefe genutzt werden. So ist die Gruppe von Prof. Boles auch damit beschäftigt, Hefen zu konstruieren, die einen anderen Biokraftstoff mit dem Namen Butanol produzieren.
„Butanol hat als Autokraftstoff noch deutlich bessere Eigenschaften als Ethanol“, erläutert Boles. Um seine Erfindungen möglichst schnell in den industriellen Maßstab zu überführen, hat Boles kürzlich mit einem Schweizer Partner die Firma Butalco GmbH gegründet. Er sucht nun Investoren, die ihm bei der Kommerzialisierung seiner Entwicklungen helfen.
„In den USA werden zur Zeit Milliardensummen in die Entwicklung von neuen Biokraftstoffen gesteckt. Wenn wir nicht auch in Europa jetzt massiv in diese zukunftsträchtigen Technologien investieren, dann hinken wir den Amerikanern bald unaufholbar hinterher“, so Boles‘ Fazit.
(idw – Universität Frankfurt (Main), 22.11.2007 – DLO)
