Hefe statt Rohöl – auf dem Weg zu erneuerbaren Kunststoffen


Vor dem Hintergrund des Klimawandels wird Recycling von CO2 immer interessanter. Özge Ata und Michael Baumschabl aus dem Lab von Diethard Mattanovich und Wissenschafter der acib GmbH konnten eine CO2 produzierende, heterotrophe Hefe so modifizieren, dass sie ihre Biomasse gänzlich aus CO2 aufbauen kann. Ihre Forschungsarbeit wurden aktuell in PNAS veröffentlicht.

Wien, am 14.11.2022 – Kohlenstoff ist der Grundbaustein des Lebens auf unserer Erde. Wir nehmen ihn etwa in Form von Kohlenhydraten als Nahrung zu uns, verbrauchen fossile Treibstoffe und produzieren aus Kohlenstoff viele Materialien des Alltags, wie zum Beispiel Plastik. Trotz seiner vielen Vorteile befeuert Kohlenstoff aufgrund dessen extensiver Nutzung seit der industriellen Revolution eines der größten Probleme des Antropozäns – den Klimawandel. Auf der einen Seite gilt der menschgemachte Anstieg von CO2 – Emissionen als größte Triebfeder der globalen Erderwärmung. Auf der anderen Seite gehen fossile Ressourcen, die klima- und umweltschädlich sind, zur Neige. Als Antwort auf den fortschreitenden Klimawandel und den steigenden Bedarf an erneuerbaren Ressourcen, welche unabhängig von landwirtschaftlichen Rohstoffen sind, wird daher das Recycling von CO2 als Ausgangstoff immer interessanter.

Materialien und Chemikalien aus CO2

Zu einer der größten Zukunftshoffnungen bei der Entwicklung von CO2 neutralen oder sogar CO2 negativen industriellen Prozessen zählt die moderne industrielle Biotechnologie. Vor wenigen Jahren konnte eine Arbeitsgruppe rund um Diethard Mattanovich, Professor am Department für Biotechnologie (DBT) an der Universität für Bodenkultur Wien und Forscher am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) eine CO2 produzierende, heterotrophe Hefe namens Komagataella phaffii so modifizieren, dass sie ihre Biomasse gänzlich aus CO2 aufbauen kann. „Nun sind wir noch einen bedeutenden Schritt weiter gekommen: Wir konnten Ausgangsstoffe für industrielle Produkte wie Bioplastik, Polymere oder Absorptionsmittel aus CO2 produzieren, indem wir weitere Gene aus Milchsäurebakterien und Schimmelpilzen in die modifizierte Hefe eingebracht haben“ erklärt Diethard Mattanovich. Diese bahnbrechende Arbeit wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“ veröffentlicht.

 

Erste Erfolge im Labormaßstab

Durch die Anwendung von Methoden der synthetischen Biologie konnten die Stoffwechselwege für die Produktion von Itaconsäure und Milchsäure in die modifizierte Hefe K. phaffii eingebracht werden und beide Produkte aus CO2 hergestellt werden. Mithilfe von 13C Isotopenmarkierung konnten die Forscher nachweisen, dass die gewünschten Produkte ausschliesslich aus CO2 hergestellt wurden. Mit einer Ausbeute von fast 2 Gramm Itaconsäure pro Liter konnten schon erste Erfolge gefeiert werden. „Bis zur industriellen Reife müssen wir die Stämme und Prozesse weiter optimieren“, meint Michael Baumschabl, Dissertant in diesem Projekt. „Es liegt noch ein Stück Weg vor uns, aber damit konnten wir nun im Labormaßstab zeigen, dass man Treibhausgase tatsächlich als Rohstoff für wichtige Chemikalien nutzen kann“, fasst Dr. Özge Ata, Senior Scientist an der BOKU und dem acib das enorme Potenzial dieser Arbeit zusammen. Anstatt weiter Erdöl als Rohstoff einzusetzen und damit Treibhausgase freizusetzen, kann die neue Technologie Kohlendioxid in langlebige Materialien binden und so der Kreislauf wieder entziehen. Eine derartige „Carbon Capture and Utilization“ Technologie wäre also nicht nur klimaneutral, sondern tatsächlich ein wirksamer Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels.

 

Als Teil des acib-Schwerpunkts zur Nutzbarmachung von CO2 als Ressource wurde das Lighthouse-Projekt von acib finanziert sowie vom EU Projekt VIVALDI an der BOKU unterstützt.

 

Zur Publikation: Conversion of CO2 into organic acids by engineered autotrophic yeast | PNAS  

www.pnas.org/doi/10.10173/pnas.2211827119

 

Über die Universität für Bodenkultur  Wien

Die Universität für Bodenkultur Wien ist mit rund 2.200 Wissenschaftler*innen und 11.000 Studierenden eine der führenden Life-Sciences-Universitäten Europas. Dank der Verknüpfung von Naturwissenschaften, Technik sowie Sozial- und Wirtschaftswissenschaften zeichnen sich Forschung und Lehre durch eine ganzheitliche Herangehensweise an Problemstellungen aus. Nachhaltigkeit, Klimafolgen, Ressourcenknappheit, Umweltschutz, Ernährungs- und Gesundheitssicherheit: Die Herausforderungen und Probleme unserer Zeit sind in vielfacher Weise miteinander verbunden und lassen sich nur auf inter- und transdisziplinäre Weise lösen. Die BOKU unterhält weltweit 18 Abkommen in Form von Netzwerkmitgliedschaften und rund 360 multi- und bilaterale Partnerschaften mit Universitäten und Forschungseinrichtungen und ist Teil der European University EPICUR. www.boku.ac.at.

 

Über die acib GmbH

Das 2010 gegründete Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) entwickelt neue, umweltfreundlichere und ökonomischere Prozesse für die Biotech-, Chemie- und Pharmaindustrie und verwendet dafür die Methoden der Natur als Vorbild. Das acib, eine Non-Profit-Organisation, ist ein internationales Forschungszentrum für industrielle Biotechnologie mit weltweiten Standorten und Hauptsitz in Graz. acib versteht sich als Partnerschaft von 150+ Universitäten und Unternehmen. Eigentümer des acib sind die Universitäten Innsbruck und Graz, die TU Graz, die Universität für Bodenkultur Wien sowie Joanneum Research. Gefördert wird das K2-Zentrum im Rahmen des COMET-Programms durch das BMK, BMDW sowie die Länder Steiermark, Wien, Niederösterreich und Tirol. Das COMET-Programm wird durch die FFG abgewickelt. www.acib.at

 

Rückfragehinweise

Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Diethard Mattanovich

Senior Researcher Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib)

Leiter am Department für Biotechnologie (DBT) an der Universität für Bodenkultur BOKU Wien

E-Mail: diethard.mattanovich(at)boku.ac.at

Tel.: +43 1 47654-79001

 

Pressekontakt

Martin Walpot, MA

Head of Public Relations and Marketing acib GmbH

Phone: +43 316 873 9312

E-Mail: martin.walpot(at)acib.at

 

Mag.phil. Astrid Kleber

Leiterin Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit BOKU Wien

Phone: +43 1 47654-10423

E-Mail: astrid.kleber(at)boku.ac.at

 


16.11.2022