Genmanipulation schützt Hefen vor Gift
Treibstoff Alkohol könnte in Zukunft billiger werden
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Trey Sato bei der Prüfung eines Hefestamms (Foto: James Runde) |
Madison (pte004/14.08.2018/06:15) Hefe sorgt dafür, dass aus zuckerhaltigen Pflanzen Alkohol wird, der Benzin beigemischt oder in speziellen Motoren direkt verfeuert wird. In Bioethanolanlagen hält die Hefe oft nicht durch. Schuld daran sind Reste von Chemikalien, mit denen Pflanzen wie Mais, Getreide und Zuckerrohr behandelt werden, um sie aufzuschließen, also die Zellwände zu zerstören. Jetzt haben Forscher der University of Wisconsin-Madison https://wisc.edu und mehrere Labors des US-Energieministerium herausgefunden, was sich gegen diese Ausfälle machen lässt, die für die Betreiber von Bioethanolanlagen teuer sind. Wenn ein Gen an zwei Stellen manipuliert wird, ist die Hefe widerstandsfähiger.
Ionische Flüssigkeiten sind besonders effektiv
Beim Kompostieren werden die Zellwände der Pflanzen zerstört. "Der Prozess dauert in der Natur sehr lange", sagt Trey Sato vom Bioenergie-Forschungszentrum der Hochschule. Bei einem industriellen Prozess komme es jedoch auf das Tempo an. In möglichst kurzer Zeit müsse möglichst viel produziert werden. Deshalb werden die Zellwände zerstört, bevor der Gärprozess stattfindet, an dessen Ende Bioethanol steht. Die Pflanzen können mit Ammoniak, Hitze, Druck, Säuren oder sogenannten Ionischen Flüssigkeiten behandelt werden. Auch Kombinationen sind möglich.
Besonders schnell geht der Aufschluss mit Ionischen Flüssigkeiten. Dabei handelt es sich, anders als der Name vermuten lässt, um Salze, die bei Zimmertemperatur flüssig sind. Wenn der Prozess beendet ist, die Zellwände also zerstört sind, müssen die Pflanzen "gereinigt" werden. Zum einen sind die Ionischen Flüssigkeiten teuer, sodass sich ein Recycling lohnt, zum anderen sind sie im wahrsten Sinne des Wortes Gift für die Hefen im Fermenter.
Ein einziger Hefestamm trotzte dem Gift
Schon kleine Spuren reichen, um einen Teil der Hefen zu zerstören, ehe sie sich über den Zucker in den Pflanzen hermachen können, um ihn in Alkohol umzuwandeln. Die Effektivität sinkt um bis zu 70 Prozent, sodass der Prozess nicht mehr wirtschaftlich betrieben werden kann. Die Forscher untersuchten 136 Stämme der Saccharomyces cerevisiae, so der wissenschaftliche Name der Hefe, die auch zur Herstellung von Wein und Bier eingesetzt wird. Einer davon ließ sich durch Ionische Flüssigkeiten nicht von seiner Arbeit abhalten. Sie entschlüsselten die Erbinformationen und stellten fest, dass bei diesem Stamm zwei Gene von den üblichen Erbinformationen abwichen. Eins davon wirkt wie eine Pumpe, die Ionische Flüssigkeiten aus Hefezellen entfernt.
Das Team um Sato musste lediglich zwei der zwölf Mio. Nukleotide im Erbgut verändern und schon waren die Hefen resistent gegen Gifte. Jetzt könnten die Betreiber von Bioethanolanlagen prüfen, ob die von ihnen eingesetzten Hefen gegen Ionische Flüssigkeiten immun sind. Falls nicht, genügt ein kleiner Eingriff, um eine Hefezelle zu verändern. Diese pflanzt sich fort, bis der gesamte Bestand ersetzt ist. Dies dauere laut Sato höchstens zwei Wochen.
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