Biotechnologie/Systembiologie

Landpflanzen erzeugen aus Kohlendioxid und Sonnenenergie Biomasse, in der sich wertvolle Bausteine für die Bioökonomie befinden. Leicht übersehen wird dabei, dass auch Algen enorme Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen – etwa so viel wie die gesamte Landvegetation. Die Algen produzieren auf diesem Weg vor allem Mehrfachzucker, deren Abbauprodukte wichtige Nahrungsquellen für zahlreiche marine Organismen sind. Einen dieser Abbauprozesse hat ein internationales Forscherteam unter deutscher Leitung nun aufgeklärt.

Kohlendioxid bildet für viele Organismen die Grundlage, um durch ihren Stoffwechsel Kohlenstoffverbindungen zu erzeugen. Pflanzen und bestimmte Bakterien nutzen dazu die Photosynthese, andere Bakterien die Chemosynthese. Tiere besitzen diese Fähigkeit jedoch nicht und haben deshalb Symbiosen mit entsprechenden Einzellern gebildet. Auch das Bakterium Kentron galt bislang als chemosynthetischer Symbiont des Wimperntierchens Kentrophoros.

2017 hatten der deutsche Spezialchemiekonzern Evonik und das niederländische Unternehmen DSM gemeinsam Veramaris gegründet. Jetzt hat das junge Joint Venture die industrielle Bioproduktion gestartet und in Blair (USA) die nach eigenen Angaben weltgrößte Anlage zur fermentativen Herstellung von Omega-3-Fettsäuren in Betrieb genommen.

Weltweit produzieren geschätzt 100.000 Tierarten Giftstoffe. Manche dienen dem Schutz vor Fressfeinden, andere der Jagd auf Beute. Vielen Giften ist gemein, dass sie in geringer Dosierung das Gegenteil sein können: Wichtige Blutdrucksenker, Gerinnungshemmer und Schmerzmittel basieren auf tierischen Toxinen, und ein Toxin des Bakterium Bacillus thuringiensis sorgt als biologisches Insektizid für Aufsehen. Anders als bei Schlangen oder Spinnen ist über die Giftstoffe von Raubfliegen bislang wenig bekannt.

Ebenso wie der Mensch als Ganzes altert auch sein Erbgut. Einer dieser Alterungsmechanismen ist die Methylierung, bei der kleine Moleküle, sogenannte Methylgruppen, an die DNA angeheftet werden. Oftmals haben diese Methylierungen eine regulatorische Funktion und sind reversibel. Doch unter dem Strich nimmt das Ausmaß der Methylierung im Verlauf des Lebens zu. Fraunhofer-Forscher haben jetzt im Projekt „DrugTarget“ eine Methode entwickelt, um anhand der Methylierungen das Alter eines Menschen zu bestimmen.

Pflanzen brauchen Nährstoffe wie Stickstoff zum Wachsen. Durch das unkontrollierte Ausbringen von Gülle landen jedoch oft mehr Nährstoffe im Boden als nötig. Forschende der Ruhr-Universität in Bochum haben nun einen Weg gefunden, Pflanzen gezielt mit Nährstoffen zu versorgen. Ein Team um Eckhard Weidner und Sulamith Frerich entwickelte dafür einen Biochip, der kontrolliert Dünger im Boden freisetzt.

Erdöl ist für die chemische Industrie so wertvoll wegen der enthaltenen Kohlenstoffverbindungen. Doch nicht nur pflanzliche Biomasse, auch das Treibhausgas Kohlendioxid kommt als alternative Kohlenstoffquelle für chemische Prozesse in Frage – sofern diese Prozesse profitabel sind. Ein Schlüsselelement für die Wirtschaftlichkeit sind dabei Katalysatoren. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) arbeiten daran, solche Katalysatoren und Prozesse zu optimieren.

Es ist ein weiterer Erfolg für den Schweizer Spezialchemiekonzern Clariant: In der vorkommerziellen Lignocellulose-Bioraffinerie im bayrischen Straubing hat das Unternehmen jetzt rund 30 Tonnen des auch als Chinaschilf oder Elefantengras bekannten Miscanthus-Grases enzymatisch zu Lignocellulose-Zuckern und -Ethanol verarbeitet. Der Testlauf war Teil des EU-geförderten Projekts „GRACE“ (GRowing Advanced industrial Crops on marginal lands for biorEfineries).

Die Verbindung zwischen einen Fluor- und einem Kohlenstoffatom ist die stärkste Bindung in der organischen Chemie. Sie zu spalten wäre eine Reaktion, die von alleine im Zeitraum von Jahren abläuft, doch manche Enzyme verkürzen die Reaktion auf einige Sekunden.