Für eine kohlenstoffneutrale Bioökonomie werden Verfahren benötigt, die Kohlendioxid effizient binden und in nutzbare Produkte überführen. Ameisensäure - beziehungsweise ihr Salz Formiat - gilt dabei als vielversprechend, da sie sich mithilfe erneuerbarer Energie aus CO₂ herstellen lässt. Zudem ist sie gut transportierbar, ungiftig und vielseitig einsetzbar. Entsprechende Forschungsansätze befassen sich unter anderem mit Mikroorganismen, die mit aus CO₂ gewonnener Ameisensäure versorgt werden und daraus Grundchemikalien oder Treibstoffe herstellen. Ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie hat nun ein Enzym entwickelt, das Formiat effizient zu Formaldehyd umsetzt. 

Fehlenden Baustein gefunden 

Der Forschungsgruppe unter der Leitung von Maren Nattermann gelang ein entscheidender Fortschritt mit der Entwicklung eines maßgeschneiderten Formiat-Reduktase-Enzyms. Das als FAR bezeichnete Enzym wurde aus einer Carboxylsäure-Reduktase des Bakteriums Mycobacteroides abscessus durch gezielte Mutagenese und Hochdurchsatz-Screening für kleine Moleküle wie Formiat optimiert. „Mit FAR haben wir erstmals ein einzelnes, robustes Enzym, das Formiat zuverlässig zu Formaldehyd reduziert – genau dort, wo viele biotechnologische Wege beginnen“, erläutert Nattermann. „Damit schaffen wir einen fehlenden Baustein für künftige Biokonversionen, die direkt auf CO₂-basierten Rohstoffen beruhen.“

Industrielle Prozesse und Moleküle

„Das Wichtigste ist, dass unser Enzym selbst hohe Formiatkonzentrationen toleriert – denn unter diesen Bedingungen versagten frühere Systeme nahezu vollständig“, sagt Philipp Wichmann, Erstautor der Studie. Gerade diese Stabilität macht FAR für industrielle Prozesse attraktiv, in denen Formiat elektrochemisch in sehr hohen Konzentrationen erzeugt wird.

Mit dem Enzym FAR lässt sich sowohl in lebenden Zellen als auch in zellfreien oder elektrobiochemischen Systemen CO₂-basiertes Formiat zu Grundchemikalien, Biokunststoffen oder Treibstoffen umsetzen. Die Forschenden planen bereits, FAR mit weiteren synthetischen Stoffwechselwegen zu kombinieren, beispielsweise zur Produktion energiereicher Moleküle.

lh