Die Bioökonomie setzt bei der Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen auf nachwachsende Rohstoffe, die zugleich mittels regenerativer elektrischer Energiequellen erzeugt werden sollen. Beides zu verbinden, setzt jedoch entsprechende Technologien und Verfahren voraus. Das noch junge Forschungsfeld der Bioelektrosynthese bietet die Möglichkeit dazu und könnte Fachleuten zufolge, einen wesentlichen Beitrag für die zukünftige Bioökonomie leisten.

Die Bioelektrosynthese kombiniert enzymatische und mikrobielle Synthesen mit elektrochemischen Verfahrensschritten und hat das Potenzial, die Vorteile dieser Technologien optimal zu nutzen. Forschende der Universität Bayreuth wollen nun neue Verfahren der Elektrochemie mit der Herstellung hochwertiger Substanzen durch Enzyme und Mikroorganismen verknüpfen. Das Vorhaben wird von der Volkswagen-Stiftung im Rahmen der Initiative „Momentum“ in den kommenden sieben Jahren mit rund einer Million Euro gefördert.

Ersatz für fossilen Rohstoffe

Im Fokus stehen bioaktive Polyketide. Dabei handelt es sich um Naturstoffe, die durch spezielle Enzyme, sogenannte Polyketidsynthasen, hergestellt werden und als Antibiotika oder Krebsmedikamente genutzt werden. Das Forschungsteam sucht nun nach Wegen, Polyketidsynthasen auch bei der Herstellung von Chemikalien wie Feinchemikalien zu nutzen und so fossile Rohstoffe wie Erdöl oder Erdgas in der chemischen Industrie künftig ersetzen zu können.

Mit Bakterien Elektrosynthese betreiben

Das Bayreuther Team um Frank Hahn setzt dabei auf Bakterien, die zur Elektrosynthese fähig sind. Den Forschenden zufolge sollen diese Bakterien befähigt werden, nachhaltig erzeugten Strom und CO₂ aus ihrer Umgebung aufzunehmen und so bestimmte kleine Moleküle zu bilden, die dann von Polyketidsynthasen genutzt werden, um Arzneimittel und Chemikalien herzustellen. „Tatsächlich vereint unser neues, von der Volkswagen-Stiftung gefördertes Forschungsprogramm eine Vielzahl bioökonomischer Aspekte: die effiziente Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom, die Fixierung von CO₂ und eine nachhaltige Produktion wichtiger chemischer Verbindungen“, so Hahn.

Chemische und pharmazeutische Inhaltsstoffe mithilfe von Polyketidsynthasen in Bakterien herzustellen, ist ein neuer biotechnologischer Ansatz der Bioelektrosynthese. Die Forschenden sind überzeugt, dass die Ergebnisse des Projektes für Chemie, Pharmazie oder Biotechnologie gleichermaßen von Interesse sein werden.

bb