Um fossile Brennstoffe wirklich umweltfreundlich durch Biotreibstoff zu ersetzen, sollte dieser aus ohnehin anfallenden, sonst unverwerteten pflanzlichen Abfällen gewonnen werden. Allerdings stehen verschiedene biochemische Hürden einer kostengünstigen Umwandlung von Pflanzenresten in energiereiches "Zellulose-Ethanol" im Weg. Henry Daniell und seine Kollegen von der University of Central Florida wollen sie überspringen, indem sie ausgewählte pflanzliche Verdauungsenzyme zuerst in anspruchslosen Tabakpflanzen züchten und dann gezielt zu Verdauungscocktails zu kombinieren, die auf den Abbau unterschiedliche Pflanzenrohstoffe optimiert sind.

Pflanzliche Abfälle enthalten vor allem schwer abbaubare Zellulosen, Hemizellulosen sowie Lignin aus Holz und Zellwänden, die zunächst in Bioreaktoren in verwertbare Zucker überführt werden müssen, bevor daraus Ethanol entstehen kann. Für den Abbau müssen aber verschiedene seltene Enzyme – von Endoglucanasen über Pactin-Lyasen zu Xylanasen und mehr – aus mühsam zu kultivierenden Bakterien und Hefen eingesetzt werden. Daniell und Kollegen haben stattdessen Gene für solche Enzyme in Chloroplasten von Tabakzellen eingeschleust. Die Tabakpflanzen stellten daraufhin größere Mengen der benötigten Enzymgemische her. Die Enzyme erwiesen sich zudem gegenüber Temperatur- und pH-Schwankungen als stabiler als solche, die von gentechnisch veränderten Bakterien produziert werden.

Mit einem gezielt zusammengestellten Enzymgemisch aus Tabak-Chloroplasten gelang es bereits, Proben von Papier, Orangenschalen und Kieferholzspäne erheblich effizienter abzubauen, als dies mit bislang erhältlichen Verdauungscocktails möglich war, berichten Daniell und Kollegen. Wichtig sei besonders, das Gemisch der rund zehn eingesetzten Enzyme an die Besonderheiten des abzubauenden Rohstoff anzupassen: Orangenschalen verlangten etwa nach mehr Pektin; Holz nach höheren Xylanase-Konzentrationen. Dem typischen Polymergemisch aus der Lignozellolose-Rohstoffe könne also sinnvoll Rechnung getragen werden.

Tabak eigne sich als Enzymfabrik für den ersten Schritt der Zellulose-Ethanolproduktion, da er anspruchslos und schnell wachse sowie auch nach der gentechnischen Veränderung widerstandsfähig bleibe. Die Enzyme aus seinen Chloroplasten seien in größeren Mengen viel kostengünstiger zu gewinnen. Die womöglich komplizierte Gewinnung des notwendigen Enzymgemisches zur Lignozellulose-Verdauung wird als eines der größten Hindernisse auf dem Weg zur Wirtschaftlichkeit von Zellulose-Ethanol angesehen, weil die Produktionskosten des Treibstoffes dadurch stark ansteigen. Diesen Kostenfaktor in den Griff zu bekommen, könnte die Zellulose-Ethanol-Gewinnung der Marktreife und Wettbewerbsfähigkeit deutlich näher bringen. (jo)