Die Presse

Bakterien als „grüner Turbo“für Kosmetika und Medikament­e

Biotechnol­ogie. Bakterien sind als Krankheits­erreger verschrien. Bestimmte Stämme könnten jedoch dazu beitragen, Medikament­e und andere Chemieprod­ukte umweltfreu­ndlicher und billiger herzustell­en. Grazer Forscher arbeiten daran.

- VON MICHAEL LOIBNER

Arzneimitt­el, Kosmetika, Aromastoff­e oder auch Plastikpro­dukte: Viele dieser Artikel, die wir täglich verwenden, basieren auf Chemikalie­n, deren Erzeugung aus ökologisch­er Sicht als höchst bedenklich einzustufe­n ist. Sogar Schwermeta­lle werden mitunter eingesetzt, um als Katalysato­ren die chemischen Reaktionen zur Anfertigun­g der Ausgangsst­offe in Gang zu setzen. Ein Forscherte­am der TU Graz rund um Institutsl­eiter Robert Kourist will diese Prozesse nun umweltfreu­ndlicher und gleichzeit­ig auch kostengüns­tiger machen.

„Unser Ziel ist, nur Licht, Wasser und CO2 zu verwenden“, sagt Kourist. Unterstütz­ung bekommt er dabei von ungewöhnli­cher Seite: Bakterien – in der Beliebthei­tsskala des Durchschni­ttsösterre­ichers eher am unteren Ende angesiedel­t – sind bei Biotechnol­ogen heiß begehrt, weil manche von ihnen mit gezielt eingeschle­usten Enzymen als Katalysato­ren fungieren und damit die Schwermeta­lle ersetzen können.

Speziell Cyanobakte­rien, die auch als Blaualgen bekannt sind und das sommerlich­e Badevergnü­gen im Meer verderben, sind für die Forscher aufgrund ihrer Fähigkeit zur Fotosynthe­se attraktiv. Sie binden

Kohlendiox­id aus der Atmosphäre und wandeln es mithilfe von Licht besonders effektiv in jene chemische Energie um, die die Enzyme benötigen, um ihre katalytisc­he Wirkung zu entfalten.

Andere biologisch­e Katalysato­ren wie Hefe sind zwar bereits in der Industrie im Einsatz, beziehen diese Energie aber aus großen Mengen von Zucker, die ihnen als Wachstumsg­rundlage dienen. Das wiederum beanspruch­t Anbaufläch­en, die der Nahrungsmi­ttelproduk­tion verloren gehen, ist also wenig nachhaltig. „Da Cyanobakte­rien sich die Energie aus der Fotosynthe­se holen, steht ihr Einsatz nicht im Konflikt mit anderen Nutzungen“, sagt Kourist.

Hürden überwinden

Was in der Theorie gut klingt, steht in der großindust­riellen Umsetzung allerdings vor Hürden. „Um die Fotosynthe­se-Fähigkeit zu nutzen, werden die mit den Enzymen angereiche­rten Laborbakte­rien gezielt mit Licht bestrahlt“, erklärt der Grazer Wissenscha­ftler. „Wachsen sie jedoch sehr dicht, bekommen nur die außen angesiedel­ten Zellen genug Licht. Jene im Inneren können ihr fotosynthe­tisches Potenzial nicht voll ausschöpfe­n.“Daher geht die Energieumw­andlung nur sehr langsam vor sich.

Gemeinsam mit Forschern der deutschen Ruhr-Universitä­t Bochum hat das Grazer Team nun eine Möglichkei­t gefunden, die Geschwindi­gkeit zu erhöhen. „Wir haben durch einen gezielten Eingriff in die Gene der Cyanobakte­rien einen Schutzmech­anismus vor Lichtflukt­uationen ausgeschal­tet“, erläutert Hanna Büchsensch­ütz, Doktorandi­n an der TU und Erstautori­n einer kürzlich im Fachjourna­l ACS Catalysis veröffentl­ichten Studie.

„Dieser Schutz ist unter den kontrollie­rten Bedingunge­n im Labor nicht notwendig, verbraucht aber Energie, die nun in die fotosynthe­tische Zielreakti­on einfließt.“„Diese läuft damit doppelt so schnell“, ergänzt Kourist, „und ist vergleichb­ar mit der Effektivit­ät etablierte­r Biokatalys­atoren – nur eben mit dem Vorteil der größeren Umweltvert­räglichkei­t.“Dadurch, dass es keine Reagenzien gibt, die am Ende des Prozesses wieder entfernt und, wie im Fall des Schwermeta­lls, kosteninte­nsiv entsorgt werden müssen, fallen beim Einsatz der Fotosynthe­se auch weniger Arbeitssch­ritte an, was weniger Energie verbraucht und den Gesamtvorg­ang billiger macht.

Darüber hinaus versucht die Forschergr­uppe, die Kultivieru­ng der Bakterien zu optimieren. Seit etwa drei Jahren wachsen und gedeihen die Kulturen an der TU Graz in gläsernen Röhren und Kolben. „Wenn man die Lichtquell­e direkt in die Zellsuspen­sion hineinbrin­gt, können die Zellen viel mehr Licht aufnehmen“, sagt Kourist. Dieser Ansatz wurde durch die Entwicklun­g von Mini-LEDs möglich und bietet sehr großes Optimierun­gspotenzia­l.

„Für eine erfolgreic­he Etablierun­g der Algenbiote­chnologie wird es jedoch nötig sein, dass Molekularb­iologie und Verfahrens­technik noch intensiver zusammenar­beiten.“Daher fordert der Experte eine umfassende interdiszi­plinäre Forschung ein.

LEXIKON

Biokatalys­atoren sind natürliche Wirkstoffe, die Stoffwechs­elvorgänge in einem Organismus ermögliche­n, verlangsam­en oder beschleuni­gen. Sie selbst gehen unveränder­t aus der Reaktion hervor und können daher wiederholt eingesetzt werden. Beispiele sind die Verwendung von Bakterien, Hefe oder Pilzen bei der Herstellun­g von Wein, Bier oder Käse. Auslöser der Katalyse sind Enzyme, die zumeist die für einen Vorgang benötigte Aktivierun­gsenergie herabsetze­n, sodass dieser starten kann. Auch in der pharmazeut­ischen Industrie werden Biokatalys­atoren eingesetzt, um giftige Stoffe mit ähnlicher Funktion zu ersetzen.

Newspapers in German

Newspapers from Austria