22.02.2021 - American Chemical Society (ACS)

Termitendarm-Mikroben könnten die Biokraftstoffproduktion unterstützen

Mikroben können beim Abbau von Lignin helfen

Weizenstroh, die getrockneten Stängel, die bei der Getreideproduktion übrig bleiben, sind eine potenzielle Quelle für Biokraftstoffe und chemische Grundstoffe. Doch bevor Stroh in Bioraffinerien in nützliche Produkte umgewandelt werden kann, müssen die Polymere, aus denen es besteht, in ihre Bausteine zerlegt werden. Jetzt haben Forscher, die in ACS Sustainable Chemistry & Engineering berichten, herausgefunden, dass Mikroben aus den Eingeweiden bestimmter Termitenarten dabei helfen können, Lignin, ein besonders zähes Polymer im Stroh, abzubauen.

In Stroh und anderem getrockneten Pflanzenmaterial sind die drei Hauptpolymere - Zellulose, Hemizellulose und Lignin - zu einer komplexen 3D-Struktur verwoben. Die ersten beiden Polymere sind Polysaccharide, die in Zucker aufgespalten und dann in Bioreaktoren in Kraftstoff umgewandelt werden können. Lignin hingegen ist ein aromatisches Polymer, das in nützliche Industriechemikalien umgewandelt werden kann. Enzyme aus Pilzen können Lignin abbauen, das das am schwierigsten abzubauende der drei Polymere ist, aber die Wissenschaftler suchen nach bakteriellen Enzymen, die einfacher zu produzieren sind. In früheren Forschungsarbeiten hatten Guillermina Hernandez-Raquet und Kollegen gezeigt, dass Darmmikroben von vier Termitenarten Lignin in anaeroben Bioreaktoren abbauen können. Nun wollten sie in Zusammenarbeit mit Yuki Tobimatsu und Mirjam Kabel den Prozess, mit dem die Mikroben der holzfressenden Insekten Lignin in Weizenstroh abbauen, genauer unter die Lupe nehmen und die Modifikationen, die sie an diesem Material vornehmen, identifizieren.

Die Forscher fügten 500 Eingeweide von jeder der vier höheren Termitenarten in separate anaerobe Bioreaktoren ein und gaben dann Weizenstroh als einzige Kohlenstoffquelle hinzu. Nach 20 Tagen verglichen sie die Zusammensetzung des verdauten Strohs mit derjenigen von unbehandeltem Stroh. Alle Darmmikrobiome bauten Lignin ab (bis zu 37 %), obwohl sie beim Abbau von Hemicellulosen (51 %) und Zellulose (41 %) effizienter waren. Das im Stroh verbliebene Lignin hatte chemische und strukturelle Veränderungen erfahren, wie z. B. die Oxidation einiger seiner Untereinheiten. Die Forscher stellten die Hypothese auf, daß der effiziente Abbau von Hemicellulosen durch die Mikroben auch den Abbau von Lignin, das mit den Polysacchariden vernetzt ist, erhöht haben könnte. In zukünftigen Arbeiten will das Team die Mikroorganismen, Enzyme und Lignin-Abbauwege identifizieren, die für diese Effekte verantwortlich sind und die in Lignocellulose-Bioraffinerien Anwendung finden könnten.

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