Upcycling von überschüssigem Kohlendioxid mit winzigen Mikroben
Wissenschaftler haben Mikroben speziell dazu gebracht, Kohlendioxid in Chemikalien umzuwandeln, die potenzielle Bausteine für Arzneimittel sind
Während einige Mikroben Menschen krank machen oder Lebensmittel verderben können, sind andere für das Überleben wichtig. Diese winzigen Organismen können auch so manipuliert werden, dass sie bestimmte Moleküle herstellen. Forscher, die in der Zeitschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering berichten, haben eine solche Mikrobe neu verdrahtet, damit sie bei der Bekämpfung von Treibhausgasen in der Atmosphäre helfen kann: Sie nimmt Kohlendioxidgas (CO2) auf und produziert Mevalonat, einen nützlichen Baustein für Arzneimittel.
Die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre hat zu einer weit verbreiteten globalen Erwärmung geführt. Um das Problem in den Griff zu bekommen, müssen die Treibhausgasemissionen, einschließlichCO2, erheblich reduziert werden. Darüber hinaus könnte das bereits vorhandeneCO2 entfernt werden. Methoden zurCO2-Abscheidung werden derzeit entwickelt, und eine vielversprechende Option sind Mikroben. Durch gentechnische Eingriffe können ihre natürlichen Biosynthesewege verändert werden, so dass die Mikroben zu lebenden Miniaturfabriken werden, die alles Mögliche produzieren können - zum Beispiel Insulin.
Eine potenzielle mikrobielle Fabrik ist Cupriavidus necator H16, ein Bakterium, das sich dadurch auszeichnet, dass es relativ wortkarg ist, was seine Nahrung angeht. Da das Bakterium mit wenig mehr alsCO2 und Wasserstoffgas auskommt, ist es ein hervorragender Kandidat für das Einfangen und Umwandeln der Gase in größere Moleküle. Aber auch wenn die DNA der Mikrobe umgeschrieben werden kann, um interessante Produkte zu erzeugen, ist sie nicht besonders gut darin, sich diese neuen Anweisungen über längere Zeit zu merken. Um es wissenschaftlich auszudrücken: Die Plasmide (die genetischen Anweisungen) sind relativ instabil. Katalin Kovacs und ihre Kollegen wollten herausfinden, ob sie die Fähigkeit von C. necator verbessern können, sich neue Anweisungen zu merken und nützliche Kohlenstoffbausteine ausCO2-Gas herzustellen.
Das Team machte sich an die Arbeit und hackte die biochemischen Wege von C. necator, die für die Umwandlung vonCO2 in größere Moleküle mit sechs Kohlenstoffatomen verantwortlich sind. Der Schlüssel zur Verbesserung der Stabilität des Plasmids liegt in einem Enzym namens RubisCo, das es dem Bakterium ermöglicht,CO2 zu verwerten. Im Wesentlichen wurde das neue Plasmid mit dem Enzym gepaart, so dass eine Zelle, die sich die neuen Anweisungen nicht merken konnte, sich auch nicht daran erinnern konnte, wie sie RubisCo herstellt, und starb. Die verbleibenden Zellen mit besserem Gedächtnis überlebten und vermehrten sich und gaben das Plasmid weiter.
In Tests produzierten die neu manipulierten Mikroben im Vergleich zu einem Kontrollstamm deutlich mehr von dem Sechs-Kohlenstoff-Molekül Mevalonat. Mevalonat ist ein molekularer Baustein für alle möglichen Substanzen in lebenden und synthetischen Systemen, einschließlich Cholesterin und anderer Steroidmoleküle mit pharmazeutischen Anwendungen. In dieser Forschung wurden die bisher größten Mengen an Mevalonat ausCO2 oder anderen kohlenstoffhaltigen Reaktanten mit Hilfe von Mikroben hergestellt. Den Forschern zufolge ist dieses System der Kohlenstofffixierung wirtschaftlicher als frühere Systeme mit C. necator und könnte auch auf andere Mikrobenstämme ausgeweitet werden.
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