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Biokraftstoffe: Biotech-Hefe knackt Braunalgenzucker

Über neun Milliarden Menschen werden 2050 auf dem Planeten leben – und die vorhandene Ackerfläche muss sie alle ernähren. Gleichzeitig soll Biomasse die endliche Ressource Erdöl als Roh- und Kraftstoff teilweise ersetzen. Möglich machen soll es Seetang, genauer gesagt Braunalgen. Diese schnell wachsenden Wasserpflanzen beanspruchen kein Ackerland und müssen auch nicht gedüngt werden, und sie bestehen zum Großteil aus energiereichen Kohlenhydraten, die anders als in Landpflanzen nicht in dem widerspenstigen Polymer Lignin verkapselt sind.

Dafür stellt sich bei den Braunalgen ein anderes Problem: Ein Polymer namens Alginat macht, wie der Name schon sagt, einen wesentlichen Teil der Masse dieser Gewächse aus – und die wenigsten Mikroben können diesen Stoff vergären. Schon gar nicht die Bierhefe (Saccharomyces cerevisiae), auf der die Hoffnungen der Bioethanolhersteller ruhen.

Ein internationales Team um Maria Enquist-Newman vom Unternehmen Bio Architecture Lab hat jetzt biotechnisch einen Hefestamm konstruiert, der auch das Alginat verwertet und damit Zugriff auf die komplette Biomasse der Pflanze hat. Dazu transferierten die Forscherinnen ein Gen für ein Transporterprotein auf die Hefe, das ursprünglich aus dem Organismus Asteromyces cruciatus stammt, der Alginat verdauen kann. Das Protein transportiert das zuckerähnliche Molekül DEHU in die Zelle, aus dem Alginat zum Teil besteht. Außerdem transferierten die Wissenschaftlerinnen weitere Gene, die DEHU weiter abbauen.

Um diesen zuerst wenig effektiven Stoffwechselweg zu verbessern, ließen die Forscherinnen die ersten Stämme mehrere Wochen mit DEHU als einziger Kohlenstoffquelle wachsen. Am Ende dieses Evolutionsschritts wuchsen die Hefen mehr als zwölfmal so schnell wie die ursprüngliche Kultur. Die zweite Komponente des Alginats ist der Zucker Mannitol, den die Hefe eigenständig abbauen kann – Enquist-Newman und ihre Kolleginnen mussten lediglich die zelluläre Maschinerie dazu aktivieren, die in normaler Hefe meistens stillgelegt ist.

In Zellkultur verwerteten die so konstruierten Hefen eine braunalgenanaloge Zuckermischung mit einer Ausbeute von 83 Prozent und reicherten ihre Nährlösung mit insgesamt 4,6 Prozent Alkohol an. Nach Angaben des Teams ist diese biotechnisch modifizierte Hefe die erste, die alle Zucker in Braunalgen für Biokraftstoffe verwerten kann. Und wenn der große Ethanol-Boom ausbleiben sollte, kann man mit ihr immer noch das weltweit erste Braunalgenbier brauen.

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