08.04.2009 - Technische Universität Dresden

Neue umweltfreundliche Bioverfahren für die Chemie und Pharmazie

TU Dresden und UFZ schließen Kooperationsvertrag

Forscher der Technischen Universität Dresden und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) arbeiten seit Jahren gemeinsam an der Entwicklung von biotechnologischen Verfahren mit Hefen zur Gewinnung von industrierelevanten Karbonsäuren, wie z.B. Zitronensäure. Im Rahmen einer Industriekooperation konnte kürzlich ein Vorhaben zur Untersuchung der Bioproduktion einer weiteren Karbonsäure - Alpha-Ketoglutarsäure (KGA) - erfolgreich abgeschlossen werden. Bisher wurde diese nur auf chemischem Wege hergestellt. Das neue Bioverfahren könnte in Zukunft die Nutzung nachwachsender Rohstoffe erlauben.

Die Stärken und Potentiale beider Forschungseinrichtungen sollen gebündelt in neue Forschungsvorhaben eingebracht werden. Deshalb haben die TU Dresden und das UFZ nun im Bereich der Biotechnologie einen längerfristigen Kooperationsvertrag geschlossen.

Mikrobiologen und Biotechnologen des Institut für Mikrobiologie der Technischen Universität Dresden und des Umwelt- und Biotechnologischen Zentrum (UBZ) am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ in Leipzig arbeiten seit einigen Jahren gemeinsam an Forschungsvorhaben mit der Hefe Yarrowia lipolytica, welche von bestimmten Käsesorten und anderen Lebensmitteln isoliert werden kann. Ihren Namen bekam die Hefe, weil sie sehr gerne Fette verzehrt.

Diese Hefe ist in der Lage, Zwischenprodukte wie Zitronensäure und Isozitronensäure, welche im Stoffwechsel aller sauerstoffverbrauchenden Lebewesen vorkommen, in großen Mengen herzustellen. Ursprünglich hatten die UFZ-Forscher es geschafft, in ihren Bioreaktoren mit Hilfe von Yarrowia lipolytica langkettige n-Paraffine in diese Karbonsäuren zu wandeln. Paraffine werden allerdings auf der Basis von Erdöl produziert und erfüllen somit nicht die Anforderungen an eine nachhaltige und preiswerte Kohlenstoffquelle. Die entscheidende Aufgabe für die Forscherteams war zunächst Umstellung der Bioverfahren für Karbonsäuren, so dass eine Verwertung von nachwachsenden Rohstoffen, wie Zucker und Pflanzenölen, ermöglicht wird und fossile Rohstoffe geschont werden.

Voraussetzung für einen Erfolg war dabei die Kooperation mit Genetikern der Technischen Universität Dresden. Die Hefestämme wurden von den Forschern der TU Dresden gentechnisch so modifiziert, dass sie auch Saccharose, also Kristallzucker, verwerten können. Nicht modifizierte Stämme konnten das nicht, da ihnen das dafür notwendige Enzym fehlt. Zusätzlich wurden einige Stämme so verbessert, dass sie schneller Sonnenblumenöl und andere Pflanzenöle in Zitronen- oder Isocitronensäure umsetzen können.

In einem kürzlich abgeschlossenen Projekt mit der chemischen Industrie wurde die Produktion von Alpha-Ketoglutarsäure als Beispiel für eine weitere Karbonsäure, die von Hefen gebildet werden, untersucht. Ketoglutarsäure findet einen vielfältigen Einsatz in der Lebensmittelindustrie und Pharmazie, zum Beispiel als Bestandteil von Infusionslösungen. Zusammen mit Forschern des Science-to-Business Centers der Evonik Degussa GmbH in Marl gelang es zu zeigen, dass die Hefe Yarrowia lipolytica auch Rohglyzerin verarbeiten kann. Für Rohglycerol, welches zunehmend als Nebenprodukt bei der expandierenden Biodieselproduktion anfällt, konnte somit eine interessante Einsatzmöglichkeit gefunden werden. Die Optimierung des Hefeverfahrens sorgte dafür, dass die Produktionsmenge sich mehr als verzehnfacht hat und auch der Prozess wesentlich schneller abläuft als bei dem früheren Einsatz von n-Paraffinen.

Um die bestehende Zusammenarbeit auszubauen, haben die TU Dresden und das UFZ nun im Bereich der Biotechnologie einen Kooperationsvertrag geschlossen. In den nächsten fünf Jahren sollen so gemeinsam neue Verfahren zur Herstellung von Bioprodukten auf Hefebasis entwickelt werden. Das Interesse beschränkt sich dabei nicht allein auf die Hefeart Yarrowia lipolytica, vielmehr sollen auch andere nichtkonventionelle Hefen für Herstellung von z.B. Itakonsäure, einem interessanten Copolymer, erschlossen werden. Die TUD bringt in die Kooperation ihr Know-How auf dem Gebiet der Hefegenetik, das UFZ sein Wissen in der Entwicklung und Optimierung von Bioprozessen ein.

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