Cyanobakterien für die Wasserstoffherstellung
Das Ziel des EU-finanzierten Projekts CYANOFACTORY (Design, construction and demonstration of solar biofuel production using novel (photo)synthetic cell factories) bestand in der Einführung neuer genetischer Schaltkreise in Cyanobakterien. Diese aquatischen Mikroorganismen können Wasserstoff als Nebenprodukt der Photosynthese erzeugen. Jedoch zerfällt der erzeugte Wasserstoff sehr schnell, bevor er aus den Zellen freigesetzt wird. Um größere Mengen schneller zu erzeugen, wurden Cyanobakterien hergestellt, welche die chemische Umwandlung des erzeugten Biowasserstoffs verhindern. Ansätze aus der synthetischen Biologie spielten folglich eine zentrale Rolle für das CYANOFACTORY-Projekt. Über die Nutzung von Kenntnissen bezüglich bewährter biochemischer Prozesse und Genfunktionen wurden an den photosynthetischen Organismen hochspezifische genetische Modifikationen für die Biowasserstoff-Herstellung durchgeführt. Da Cyanobakterien fremde Gene tragen, wurde besonders auf die Sicherheit geachtet. Die CYANOFACTORY-Partner führten Gene ein, welche die Enzyme effizienter codieren, und regulierten Gene herunter, die für die unnötige chemische Umwandlung des erzeugten Wasserstoffs verantwortlich sind. Die Stämme wurden akklimatisiert, um deren Toleranz gegenüber den von ihnen produzierten chemischen Stoffen und den schwankenden Wachstumsbedingungen, denen sie in Photobioreaktoren im Freien ausgesetzt sind, zu erhöhen. Für den Fall einer versehentlichen Freisetzung von Cyanobakterien aus den Photobioreaktoren in die Umwelt, wurde ein Selbstmordmechanismus eingeführt. Dieser programmierte Zelltod basiert auf Paaren von Toxinen und Antitoxinen in den Zellen dieser aquatischen Mikroorganismen und ist für den Menschen ungefährlich. Der letzte Schritt des CYANOFACTORY-Projekts bestand in dem Aufbau eines Netzes aus miteinander verbundenen 100-Liter-Photobioreaktoren, die flach genug waren, um die Mikroorganismen mit ausreichend Licht zu versorgen. Dieses System ermöglichte es den Projektpartnern die im Rahmen kleiner Laboruntersuchungen bestimmten Wasserstoffherstellungsparameter zu validieren und potenzielle Herstellungsengpässe zu identifizieren. Die Projektpartner bildeten zahlreiche Studenten und Nachwuchswissenschaftler, die am Anfang ihrer Karriere stehen, in diesem wichtigen Gebiet der mikrobiellen Herstellung solarer Brennstoffe aus. Der Fokus lag deutlich auf der innovativen synthetischen Biologie und auf fortschrittlichen Photobioreaktoren sowie auf der Handhabung, Speicherung und Analyse größerer Datensätze. Die Synthese von Biowasserstoff im Rahmen des CYANOFACTORY-Projekts konkurriert weder mit der Herstellung von Lebensmitteln noch hat diese negative Auswirkungen auf die Umwelt, da kaum mehr als mikrobielle Zellen, Sonnenlicht und ein Biowasserstoff-Abscheidesystem erforderlich sind. Diese neue Technik wird einen positiven Beitrag für die aufstrebende Bioökonomie Europas leisten, da die hergestellten Organismen in einem großen Maßstab effizient und ökonomisch gezüchtet werden.
Schlüsselbegriffe
Cyanobakterien, Biokraftstoff, CYANOFACTORY, Biowasserstoff, Photobioreaktor, Bioökonomie
