Modifiziertes E. coli Bakterium als Schlüssel zur Verwertung von Kohlenstoffdioxid

Modifiziertes E. coli Bakterium als Schlüssel zur Verwertung von Kohlenstoffdioxid (CO2)

Obwohl die steigende CO2-Konzentration der Erdatmosphäre eine große Herausforderung darstellt, bietet das Molekül gleichzeitig die Chance, fossile Kohlenstoffverbindungen als primäres Ausgangsprodukt für kohlenstoffbasierte Chemikalien (z.B. Kraft- und Kunststoffe) abzulösen. Eine Möglichkeit zur Verwertung von CO2 besteht darin, es in einfache Verbindungen zu überführen und diese als Nahrungsquelle für Mikroorganismen zu nutzen. Mikroorganismen mit einem modifizierten Stoffwechsel könnten die Verbindungen wiederum in hochwertige Substanzen umwandeln und – zumindest theoretisch –fossile Brennstoffe zukünftig ersetzen. Diesen innovativen Ansatz verfolgte ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie unter der Leitung von Dr. Arren Bar-Even. Die Wissenschaftler hatten die Idee, einen neuen Stoffwechselweg in das Bakterium Escherichia coli (E. coli) einzubringen, damit sich dieses statt wie üblich von Zuckern, ausschließlich von organischen Verbindungen wie Ameisensäure oder Methanol, ernährt. Beide Verbindungen können sehr effizient und kostengünstig aus CO2 hergestellt werden. Damit E. coli Ameisensäure und Methanol in Biomasse umwandelt, musste zunächst ein neuer Syntheseweg für Glycin und Serin entworfen werden, welcher die Herstellung dieser Aminosäuren ausgehend von Ameisensäure sicherstellt. Weiterhin mussten die dafür benötigten Gene in das Bakteriengenom eingefügt werden. Die Forscher haben eindrucksvoll bewiesen, dass Bakterien durch genetische Modifikationen umprogrammiert werden können, um neue Nahrungsquellen zu nutzen. Dies stellt die Grundlage dafür dar, zukünftig weitere Organismen mit neuen Stoffwechselwegen auszustatten und diese zu nutzen, um hochwertige Chemikalien herzustellen. Bild: Die Einbringung eines neuen Stoffwechselweges in E. coli ermöglicht dem Bakterium, Methanol oder Ameisensäure als Nahrungsquelle zu nutzen (Quelle: Dr. Arren Bar-Even).

DOI: 10.1038/s41589-020-0473-5

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