Dort suchen die Wissenschaftler nach neuen Ansätzen indem sie die Stoffwechseleigenschaften von Hefen so verbessern, dass sie auch Pflanzenabfälle verwerten können. Dazu haben sie erstmals auch die Methode der Synthetischen Biologie angewandt.

Bakterien in Hefen

«In unseren vorhergehenden Arbeiten haben wir Erbmaterial aus Bakterien in die Hefen eingeschleust. Das war jedoch nicht optimal», so Boles. Die Forscher bauen nun künstliche, biochemische Systeme ein, die neuartige Stoffwechselwege in der Zelle etablieren. «Es ist uns gelungen, am Computer entwickelte, künstlich synthetisierte Gene in die Hefen einzubringen», so der Forscher. «Die Anleitung dazu entnehmen wir allerdings weiterhin der Aminosäuresequenz von bakteriellen Enzymen.

Wir modifizieren aber den Bauplan so, dass er optimal auf die Stoffwechseleigenschaften der Hefen abgestimmt ist», erklärt der Forscher. Die dadurch erzeugten künstlichen Gene erlauben es den Hefezellen, bestimmte Zuckerarten in pflanzlichen Abfällen deutlich effizienter zu Ethanol umzusetzen. «Die Arbeiten meiner Mitarbeiterin Beate Wiedemann haben dazu geführt, dass wir den Ertrag um 25 Prozent steigern konnten. Die Produktivität, das heisst die Geschwindigkeit der Umsetzung hat sogar um mehr als 250 Prozent zugenommen», so Boles.

Pfanzenabfälle «verzuckert»

Verwendet werden können praktisch alle pflanzlichen Abfallstoffe, egal ob sie aus der Nahrungsmittelindustrie oder der Landwirtschaft kommen. Die Pflanzenabfälle müssen vorhydrolisiert - das bedeutet «verzuckert» werden. Das geschieht entweder mit Hilfe von Enzymen oder durch starke Säuren. «Das Unternehmen Greensugar in Dresden hat eine Methode gefunden dies kostengünstig zu machen, in dem konzentrierte Salzsäure verwendet wird, die mit einem Vakuum wieder verwendet werden kann», erklärt Boles. Die Anwendung von Enzymen sei für eine industrielle Herstellung noch zu teuer. Allerdings werde auch hieran intensiv geforscht und es bleibe abzuwarten, welche Methode sich letztendlich durchsetze.

Das Potenzial, Ethanol nur aus den Abfällen vom Acker zu gewinnen, sei enorm, so Boles. Rechne man noch andere pflanzliche Abfallstoffe wie Energiegräser oder Gemüseschnittabfälle hinzu, stünden riesige Mengen zur Verfügung. «Wenn die technischen Hürden, die es noch zu lösen gibt, einmal überwunden wurden, wird Ethanol in wenigen Jahren aus Zellulose hergestellt werden können. Dann gibt es das Problem mit der Nahrungsmittelkonkurrenz nicht mehr.» Die Erfindung wurde bereits zum Patent angemeldet.

Schweizer Partner

Die neuen Methoden der Synthetischen Biologie sollen nun für weitere Aufrüstungen der Hefe genutzt werden. So ist die Forschergruppe um Boles auch damit beschäftigt, Hefen zu konstruieren, die einen anderen Biokraftstoff mit dem Namen Butanol produzieren. «Butanol hat als Autokraftstoff noch deutlich bessere Eigenschaften als Ethanol, weil es einen höheren Brennwert als Ethanol hat und zudem in herkömmlichen Pipelines transportiert werden kann», so Boles. Butanol sei herkömmlichen fossilen Treibstoffen sehr ähnlich. Um die Erfindungen möglichst schnell in den industriellen Massstab zu überführen, hat Boles kürzlich mit einem Schweizer Partner die Firma Butalco GmbH gegründet.

«Wir suchen noch nach Investoren, die bei der Kommerzialisierung der Entwicklungen helfen», erklärt der Forscher. «In den USA werden zur Zeit Milliardensummen in die Entwicklung von neuen Biokraftstoffen gesteckt. Wenn wir nicht auch in Europa jetzt massiv in diese zukunftsträchtigen Technologien investieren, dann hinken wir den Amerikanern bald unaufholbar hinterher», erklärte Boles abschliessend.

(ht/pte)