Bakterien als Biofabrik für Terpene

Kurz & Knapp

Terpene und Terpenoide sind wichtige Ausgangsstoffe zur Produktion von Pharmazeutika oder Pflanzenschutzmitteln. Bislang basiert deren Herstellung vorwiegend auf Erdöl.
Obwohl einige Pflanzen Terpene bilden, sind sie keine echte Alternative, da die enthaltene Konzentration zu gering ist. Mehr versprechen sich Forschende von biotechnologischen Ansätzen.
Als Produktionsorganismus wird in den kommenden drei Jahren das Bakterium Cupriavidus nectar gentechnisch optimiert.

Wichtige Grundchemikalie biotechnologisch erzeugen

Aromastoffe, Medikamente und Pflanzenschutzmittel haben etwas gemeinsam: Manche von ihnen basieren auf chemischen Verbindungen aus der Gruppe der Terpene. Bislang werden diese aus Erdöl gewonnen, doch die Biotechnologie könnte bald eine biobasierte Alternative bieten.

Erdöl ist nach wie vor der wichtigste Rohstoff der chemischen Industrie, nicht nur für Kraftstoffe, sondern auch für höherwertige Chemikalien. Vor allem aus Gründen der Nachhaltigkeit und des Klimaschutzes will die Branche verstärkt biobasierte Rohstoffe einsetzen. Das ist jedoch nicht immer so einfach möglich. Beispielsweise wird die wichtige Gruppe der Terpene und Terpenoide zwar natürlicherweise von einigen Pflanzen erzeugt, aber in so geringer Konzentration, dass sich dieser Herstellungsweg nicht lohnt.

Forschende der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) entwickeln gemeinsam mit Phytowelt GreenTechnologies und gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) deshalb eine dritte Alternative: Sie wollen Terpene biotechnologisch produzieren.

Biobasierte Reststoffe statt Erdöl nutzen

Doktorand Lucas Becker misst die Zellzahl des Bakterienstamms Cupriavidus nectar. © Armin Eikenberg/THM

Terpene und Terpenoide haben vielfältige Einsatzgebiete: Sie werden für Körperpflege- und Kosmetikprodukte genutzt, als pharmazeutische Wirkstoffe, im Pflanzenschutz, aber auch als Geschmacks- und Aromastoffe. Insbesondere im letztgenannten Bereich gibt es unabhängig vom Klimaschutz eine Nachfrage nach Verbindungen, die nicht auf petrochemischer Basis erzeugt wurden.

„Deshalb brauchen wir neue biotechnologische Produktionsverfahren sowie kostengünstige und auch im großtechnischen Maßstab leicht implementierbare Produktions- und Aufreinigungsverfahren“, begründet Dirk Holtmann von der THM das Vorhaben. Mittels der Biotechnologie werde dann auch die Produktion neuer und zugleich geringpreisiger Produkte möglich. Statt Erdöl würden biobasierte Rest- und Abfallstoffe verbraucht.

Humulen in industriellem Maßstab produzieren

Als Produktionsorganismus favorisiert das Team das Bakterium Cupriavidus necator. Voruntersuchungen haben ergeben, dass sich die Mikrobe nicht nur eignet, um Terpenoide herzustellen, sondern auch die Kriterien erfüllt, die an einen Mikroorganismus gestellt werden, der industriell genutzt werden soll.

In den kommenden drei Jahren soll das Bakterium nun genetisch optimiert werden, um die Aromaverbindung Humulen zu produzieren. Außerdem wollen die Projektbeteiligten den gesamten Prozess bis hin zur Extraktion und Aufreinigung des Humulen industriereif entwickeln und durch Patente absichern.

Mittelfristig soll das Bakterium dazu gebracht werden, auch Carotinoide und weitere pharmakologisch aktive Substanzen zu bilden, um ein noch breiteres Spektrum an Terpenoiden erdölfrei herstellen zu können.

Weitere Informationen

Pressemitteilung

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In Kooperation mit bioökonomie.de

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