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Biotechnologie: Bakterien erzeugen Biokunststoff

Mit Hilfe genetisch veränderter Bakterien konnten Forscher den biologisch abbaubaren Kunststoff Polymilchsäure (PLA) erstmals direkt aus Traubenzucker herstellen. Bisher lieferten Mikroben zwar bereits Milchsäure als Ausgangsstoff für PLA, doch die Produktion des Kunststoffs gelang nur mit Hilfe hoher Temperaturen und chemischer Zusätze.

Chemiker unter Leitung von Sang Yup Lee am Korea Advanced Institute of Science and Technology in Daejeon fügten zwei Gene anderer Bakterienarten in einen Stamm von Escherichia coli ein, so dass dieser danach in mehreren Zwischenschritten PLA erzeugte [1]. Die gewünschte Reaktionskette lief allerdings zuerst nur langsam ab, und zudem beeinträchtigten die Fremdgene die Vermehrung der Bakterien. Mit Hilfe DNA-verändernder Enzyme lösten die Forscher daraufhin sowohl zufällige wie gezielte Mutationen in den neuen Genen aus, bis sie schließlich E. coli ohne die Einschränkungen erzeugt hatten.

Obwohl dieser Stamm bereits reines PLA herstellen kann, erreicht dessen Konzentration in den Zellen bisher nur weniger als ein Prozent – zu wenig für die industrielle Nutzung. Weitere Eingriffe in das Erbgut der Mikroben könnten hier nach Ansicht der Forscher jedoch Verbesserungen bringen [2].

Wesentlich besser sind die Bakterien allerdings bereits darin, einen Mischkunststoff aus Polymilchsäure und Polyfettsäure zu erzeugen. Hierzu benötigen sie als Nahrung neben Traubenzucker zusätzlich eine veränderte Buttersäure. Steht ihnen dieser Stoff zur Verfügung, produzieren die Mikroben weiteren Kunststoff, bis dieser rund 60 Prozent ihres Gewichts ausmacht. Da auch solche Mischpolymere Anwendungen in der Industrie besitzen, könnte bereits der aktuelle Bakterienstamm dort eine billige Alternative zur bisherigen Technik sein.

Polymilchsäure gilt derzeit als eine der aussichtsreichsten Alternativen zu Kunststoffen aus Erdölprodukten, da das durchsichtige Material sich leicht schmelzen und in Form bringen lässt. Es zersetzt sich unter Alltagsbedingungen nicht, kann jedoch kompostiert werden und löst sich als Implantat im Körper mit der Zeit auf. In den kommenden Jahren ließen sich laut Experten rund fünf Prozent der 15 Millionen Tonnen verbrauchten Kunststoffs in Europa durch das Bioprodukt ersetzen. Eine erste Großanlage zur Produktion des Biokunststoffs in Deutschland entsteht derzeit im brandenburgischen Guben. (rs)
48. KW 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 48. KW 2009

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  • Quellen
[1] Yang, T. H. et al.: Biosynthesis of Polylactic acid and its Copolymers Using Evolved Propionate CoA Transferase and PHA Synthase. In: Biotechnology & Bioengineering, 10.1002/bit.22547, 2009.
[2] Jung, Y. K. et al.: Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Production of Polylactic Acid and its Copolymers. In: Biotechnology & Bioengineering, 10.1002/bit.22548, 2009.

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