Biokunststoffe wie Polyhydroxybutyrat (PHB) lassen sich mit Cyanobakterien grundsätzlich klimafreundlich herstellen, weil die Mikroorganismen CO₂ mithilfe von Licht in Biomasse umsetzen. In großen Photobioreaktoren sind Reinkulturen jedoch empfindlich und kippen bei Stress oder Kontamination schnell. Ein Team der Universität Tübingen zeigt nun, dass eine natürliche Bakteriengemeinschaft die Produktion stabilisieren kann.

Hybridmikrobiom statt Reinkultur

Die Forschenden ersetzten in einer etablierten, Bakteriengemeinschaft den natürlich vorkommenden Cyanobakterien-Stamm durch eine gentechnisch optimierten Stamm, der besonders viel PHB einlagert. In diesem Hybridmikrobiom blieb die ursprüngliche ökologische Struktur aus phototrophen und chemotrophen Bakterien erhalten. Zugleich lieferte der eingeführte Bakterienstamm ähnliche PHB-Ausbeuten wie in steriler Kultur. In Laborversuchen wurden bis zu 48 Prozent PHB bezogen auf die Zelltrockenmasse sowie PHB-Titer von über 600 Milligramm pro Liter erreicht. Das entspricht etwa 35 Milligramm pro Liter und Tag. Mikroskopiebilder deuten zudem darauf hin, dass auch weitere Gemeinschaftsmitglieder PHB-Granula bilden können.

Robuster Betrieb im Photobioreaktor

Entscheidend für die Praxis ist die Stressresistenz. Bei kurzfristigem Hitzestress von 38 Grad Celsius bleichte die bakterielle Reinkultur aus und erholte sich nicht, während das Hybridmikrobiom pigmentiert blieb und weiterwuchs. Auch in größeren Reaktoren hielt die Mischkultur die Produktion unter vollständig photoautotrophen Bedingungen aufrecht und erreichte bis zu 32 Prozent PHB pro Zelltrockenmasse, was rund 230 Milligramm pro Liter entspricht. Zusätzlich funktionierte die PHB-Bildung im Dunkeln, wenn Acetat zugegeben wurde. Die Arbeit wurde am 20. Januar 2026 in Microbial Biotechnology veröffentlicht. Sie ist Teil des Projekts PHBMAX, das im CO2BioTech-Programm vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert wird.

ag