Bessere Nutzung biochemischer Prozesse
Mittels Biotechnologie können aus Organismen, die Photosynthese betreiben, chemische Substanzen gewonnen werden, um den weltweit wachsenden Energiebedarf zu decken und die Abhängigkeit von fossilen Treibstoffen zu senken. Problematisch ist in diesem Zusammenhang aber noch immer die stabile und großtechnische Produktion dieser biologischen Organismen. So sollte das EU-finanzierte Projekt PHOTO.COMM (Design & engineering of photosynthetic communities for industrial cultivation) eine neue Generation von Forschern auf diese Aufgabe vorbereiten, und zwar im Rahmen eines Ausbildungsnetzwerks (ITN, Initial Training Network) für nachhaltige photosynthetische Biotechnologie zur Gewinnung von Rohstoffen und Energie. PHOTO.COMM rekrutierte 12 Nachwuchsforscher und zwei erfahrene Forscher für Schulungen zu Design und Erzeugung synthetischer photosynthetischer Mikroalgen für industrielle Zwecke. Der Schwerpunkt lag sowohl auf wissenschaftlicher wie auch kommerzieller Expertise, um künftig den sozioökonomischen Interessen der EU besser gerecht zu werden. Die Forscher machten sich hierfür den wegweisenden Ansatz synergistischer mikrobieller Gemeinschaften zunutze. Sie kombinierten eine eukaryotische Alge, die Vitamin B12 benötigt, mit einem heterotrophen Bakterium, das über Photosynthese B12 erzeugt. PHOTO.COMM erstellte genomweite metabolische Modelle zur Identifizierung wichtiger Gene und führte Knockout-Studien für eine mögliche großtechnische Produktion der gewünschten chemischen Substanzen durch. Die Forscher entwickelten mehrere technische Plattformen zur Produktion verschiedener stickstofffixierender Cyanobakterien. Über gentechnische Veränderung erhöhte PHOTO.COMM die Freisetzung von Ammoniak in das Medium und regulierte hierfür die Aktivität von Glutaminsynthetase herunter. Mit metagenomischen Methoden wurden natürliche Symbiosen von Algen und Bakterien analysiert, um herauszufinden, welche Interaktionen unter natürlichen Bedingungen stattfinden und dann die Methode auf Proben aus herkömmlichen industriellen Bioreaktoren anzuwenden. PHOTO.COMM sollte Co-Kulturen verschiedener Mikroorganismen anzüchten und neue regulatorische Ribonukleinsäuren identifizieren, mit denen eine Produktivität im industriellen Maßstab erreicht werden kann. Hierfür konnten zwei entsprechende Ribonukleinsäuren identifiziert werden. Weiterhin analysierten die Forscher die Bedeutung der Phosphorylierung und entwickelten neue Möglichkeiten, um die Photosyntheseparameter zu verbessern. Mit verschiedensten technischen Plattformen wurde eine neue metatranskriptomische Pipeline für Analysen gemischter Mikrobengemeinschaften entwickelt und die Robustheit und Anwendbarkeit von Cyanobakterien- und Algenarten für Bioreaktoren verbessert. Damit stellte PHOTO.COMM den wahrscheinlich ersten Ansatz vor, um kostengünstig mit vollständig biologischen Lösungen eine langfristige Stabilität und Produktivität zu erreichen, was künftig einen bedeutenden Beitrag zur EU-Wirtschaft und zum gesellschaftlichen Wohl leisten wird.
Schlüsselbegriffe
Photosyntheseorganismen, Biotechnologie, PHOTO.COMM, mikrobielle Gemeinschaften, metabolische Modelle
