Bielefelder Master-Studierende konstruieren ein Bakterium, das überschüssigen Strom aus regenerativen Energien und Kohlenstoffdioxid (CO2) nutzt, um Biokraftstoff zu produzieren – und nehmen damit am Igem-Wettbewerb in Boston, USA, teil.
Im April diesen Jahres hat das Bielefelder Igem-Team mit der Arbeit begonnen – Ende Oktober wird es nach Boston fliegen, um seine Ergebnisse im Wettbewerb zu präsentieren. Igem steht für „international Genetically Engineered Machine“ – und der „international Genetically Engineered Machine competition“ ist ein internationaler, studentischer Wettbewerb im Bereich der synthetischen Biologie, der seit 2004 in Boston, USA, ausgetragen wird.
Team-Mitglied Simon Riedl erklärt, wie die Studierenden auf ihre Idee für das diesjährige Projekt gekommen sind: „Strom aus regenerativen Energien lässt sich bislang weder effizient speichern noch transportieren. Das bedeutet, dass beispielsweise bis zu 17 Prozent des durch Windenergie erzeugten Stroms nicht in das Stromnetz eingespeist werden. Diesen überschüssigen Strom wollen wir nutzen, um damit von uns konstruierte Bakterien wachsen zu lassen.“
Die Bakterien befinden sich in einer reversen mikrobiellen Brennstoffzelle (rMFC), in der die Energie des Stroms auf die Bakterien übertragen und von diesen weiter genutzt wird. Um das Ziel, einen Biokraftstoff herzustellen, zu erreichen, ist es wichtig, dass die Bakterien wachsen beziehungsweise sich vermehren. Denn je mehr Bakterien man hat, desto mehr Biokraftstoff lässt sich produzieren.
Vom Wachstum der Bakterien bis zur Produktion des Biokraftstoffs ist aber noch ein Zwischenschritt notwendig. Deshalb arbeiten die Studierenden daran, die Bakterien zu befähigen, CO2 zu fixieren. Dafür bringen sie einen Stoffwechselweg in die von ihnen konstruierten Escherichia coli-Bakterien ein. Dieser ist in Pflanzen während der Photosynthese aktiv und bindet den Kohlenstoff aus dem CO2. Der fixierte Kohlenstoff soll im Bakterium dann als Grundlage für die Herstellung wirtschaftlich relevanter Produkte, beispielsweise eines Biokraftstoffs, dienen. Positiver Nebeneffekt des Vorgangs ist, dass auf diese Weise CO2 aus der Luft entfernt und von den Bakterien gebunden wird.
Das Bielefelder Team hat sich für die Herstellung des Biokraftstoffs Isobutanol entschieden, der beispielsweise als Treibstoff für Autos genutzt werden könnte. Er hat im Gegensatz zu dem gebräuchlichen Ethanol-Kraftstoff eine höher Energiedichte. Um Isobutanol herzustellen, nutzen die Studierenden einen synthetischen Stoffwechselweg, der in der Natur in dieser Form nicht existiert: Dafür kombinieren sie Gene unterschiedlicher Organismen und bringen diese in das von ihnen konstruierte Bakterium ein, welches mithilfe des fixierten Kohlenstoffs schließlich den Biokraftstoff produziert.
Erste Erfolge können die Studierenden bereits vermelden: So ist es ihnen gelungen, Gene für die Isobutanolproduktion zu isolieren und zu kombinieren. Außerdem ist eine erste Konstruktion der entworfenen Brennstoffzelle abgeschlossen, sodass das Team mit Testläufen starten kann. Im Wettbewerb in Boston will es dann das fertige Bakterium vorstellen, welches mittels Strom wachsen, CO2 fixieren und Isobutanol produzieren kann.
Weitere Informationen: www.igem-bielefeld.de 2014.igem.org/Team:Bielefeld-CeBiTec
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