Vergärung pflanzlicher Zellwände für die Biokraftstoffproduktion
Pflanzliche Biomasse aus landwirtschaftlichen Abfällen, der Forstwirtschaft oder Energiepflanzen ist eine wertvolle Quelle für erneuerbare Energie. Die Energie steckt in den Kohlenhydraten, aus denen die pflanzliche Zellwand besteht. Diese Zucker können vergoren werden, um Ethanol, Methanol oder anderen wertschöpfende Verbindungen herzustellen. Cellulose, Hemicellulose und Lignin (Lignocellulose) sind die Hauptbestandteile der Pflanzenzellwand. Leider ist die Extraktion oder Freisetzung der Kohlenhydrate (Cellulose und Hemicellulose) aus dem Lignin, mit denen sie fest verbunden sind, keine einfache Aufgabe. Der Mangel an abbauenden Enzymen hemmt die Verwertung von Kohlenhydraten in dieser Biomasse für eine optimale Kraftstoffproduktion. Die Wissenschaftler untersuchten das genetische Potenzial der Insertionen und Deletionen (Indels) in abbauenden Enzymen, um funktionelle Veränderungen zu ermöglichen, die die Effizienz und Selektivität verstärken. Die Finanzierung des Projekts "Directed evolution and semi-rational engineering of plant cell wall-degrading enzymes" (DEGRADEPLANT) erfolgte mit EU-Mitteln. Der Schwerpunkt lag auf der Entwicklung von Techniken, um Bibliotheken von Indel-Varianten durch zufällige Mutagenese zu erzeugen. Die Forscher wandten anschließend ihre Aufmerksamkeit auf die gerichtete Evolution von zwei Klassen von Enzymen, Glycosidhydrolasen und sogenannte promiske Enzyme mit breiter Substratspezifität. DEGRADEPLANT-Forscher entwickelten einen neuartigen experimentellen Ansatz zur Schaffung von Indel-Bibliotheken. Restriktionsenzyme und Transposone wurden verwendet, um eine bestimmte DNA-Sequenz zu entfernen und diese mit Indel-Sequenzen zu ersetzen. Die Wissenschaftler konnten zufällige Varianten-Bibliotheken von einer promisken bi-funktionalen Hydrolase erzeugen, die auf Zellulose und Xylan, zwei Hauptkomponenten von Lignocellulose-Biomasse, wirken. Bis heute hat das Team eine Reihe von Regionen bei Indel-Varianten identifiziert, die entweder die Enzymaktivität erhöhen oder ihnen neue Funktionalität verleihen. Die Forscher entwickelten und demonstrierten erfolgreich den Nutzen ihrer experimentellen Technik beim Lignocelluloseabbau. Die Ergebnisse sollten dem Biomasse-Sektor einen großen Schub geben, vorausgesetzt, dass die Kosten reduziert werden, während die Umwandlungseffizienz gesteigert wird.
