1 April 2020

Mikroalgen als genügsame Rohstofflieferanten

Forscher der Universität Bielefeld versuchen Mikroalgen so zu trimmen, dass sie Bioprodukte von hoher Relevanz herstellen können

Bildschirmfoto 2020-03-27 um 14.41.21Algen, die Patschuli-Duft produzieren, damit war Professor Dr. Olaf Kruse und seinem Team einige mediale Aufmerksamkeit gewiss. Doch das eigentliche Interesse des Forschers von der Fakultät für Biologie gilt nicht den Duftwässern: Am Zentrum für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld geht es um neue Methoden, die helfen können, Menschenleben zu retten und wichtige Zukunftsprobleme zu bewältigen. In research_tv stellen Professor Kruse und sein Mitarbeiter Dr. Thomas Baier vor, welche Chancen Mikroalgen als nachhaltige „Zellfabriken“ bieten.

Patschuliöl, das vielen Parfums eine besondere Note gibt, wird nur aus der namensgebenden Pflanze hergestellt, die vorwiegend in Indien vorkommt. „Verantwortlich dafür ist ein Enzym, das in dieser Pflanze vorkommt – aber nicht in einzelligen Mikro-Algen“, erklärt Kruse, Leiter der Arbeitsgruppe Algenbiotechnologie und Bioenergie. „Mit gentechnischen Methoden haben wir dieses Enzym in die Alge hereinbekommen, sodass sie jetzt den Duftstoff herstellt.“ Der hinterlässt besonders bei Besucher*innen bleibende Erinnerungen.

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Die einzelligen Pflanzen können so verändert werden, dass sie verschiedene Stoffe herstellen, etwa für Medizin und Kosmetik. Foto: Universität Bielefeld

Algen könnten helfen, einige drängende Probleme zu lösen. Prof. Dr. Olaf Kruse forscht mit seinem Team daran, die Mikroorganismen für verschiedene Zwecke fit zu machen.

Mit am Strand angespülten Wasserpflanzen haben die Algen, mit denen Kruse und sein Team arbeiten, wenig gemeinsam. „Es gibt Mikroalgen und Makroalgen. Die Makroalgen sind die, die man allgemein als Algen kennt, im Meer zum Beispiel.“ Die in den Bielefelder Laboren eingesetzten Algen sind winzige einzellige Pflanzen.

Nachhaltige Zellfabriken dank Fotosynthese

Die Idee, mit solchen Mikroorganismen neue Produkte herzustellen, ist nicht neu: Schon seit Jahrtausenden nutzen Menschen Bakterien zum Beispiel bei der Käseherstellung. Im 20. Jahrhundert nahm die Molekularbiologie dann Fahrt auf: 1982 gelang es erstmals, Insulin in Bakterien herzustellen. Heute stellen Bakterien im industriellen Maßstab kostengünstig viele Stoffe her – wofür braucht es dann noch Algen?

„Weil es nachhaltiger ist“, sagt Kruse. „Bakterien müssen mit Zucker und anderen organischen Kohlenstoffen gefüttert werden. Algen machen Photosynthese, und benötigen dafür nur Sonnenlicht. Sie nehmen die Lichtphotonen auf und setzen sie in nutzbare chemische Energie um, brauchen Kohlenstoffdioxyd, Wasser und einige wenige Mineralien – und dann produzieren sie.“

Doch obwohl sich mit Algen die meisten Stoffe herstellen lassen, die mit Bakterien möglich sind, werden dafür meist Bakterien eingesetzt. „Zucker ist billig und Bakterien produzieren sehr schnell“, erklärt er.“ Zwar teilen sich auch die Mikroalgen je nach Umweltbedingungen sehr schnell – so effizient wie Bakterien sind sie aber noch nicht. „Aber das ist ja noch eine junge Technik, gerade zehn Jahre alt.“

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Mit speziellen Messgeräten können die Wissenschaftler*innen verfolgen, ob die Mikroalgen unter optimalen Bedingungen wachsen. Die Anzucht erfolgt in einem flüssigen Nährmedium bei 25 Grad Celsius und einem pH-Wert von 7,0. Foto: Universität Bielefeld

Hochgradig begehrte Produkte sind das Ziel

Der Preis der hergestellten Produkte ist es, der entscheidet, welcher Ansatz es schließlich aus dem Labor in die Praxis schafft. „Mit Patschuli kann man nicht genug Geld verdienen“, erklärt Kruse. „Wir hoffen, in ein paar Jahren Produkte herzustellen, die hochgradig begehrt sind, zum Beispiel in der Krebstherapie. Wir versuchen, die Mikroalgen so zu trimmen, dass sie ein pharmazeutisches oder kosmetisches Produkt von hoher Relevanz herstellen können.“

Doch die kleinen grünen Zellen können noch viel mehr. „Wir haben uns über viele Jahre mit treibstofforientierter Produktion beschäftigt.“ Angefangen hat das mit Wasserstoff, den die Algen unter bestimmten Bedingungen produzieren. Bislang ist das Verfahren aber nicht wirtschaftlich, ebenso wie die Möglichkeit, synthetische Kraftstoffe direkt auf bio-katalytischem Wege mit den Algen zu produzieren.

Dass die grünen Zellen eine große Zukunft haben, da ist Olaf Kruse sich aber sicher. Die Grundlagen dafür werden am CeBiTec gelegt.

 

Dieser Artikel ist eine Vorabveröffentlichung aus BI.research“, dem Forschungsmagazin der Universität Bielefeld. Die neue Ausgabe des Magazins erscheint im Mai 2020.

Source: Universität Bielefeld, Pressemitteilung, 2020-03-03.

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