Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pilz hilft Hefe bei der Pflanzenverdauung

14.09.2010
Genetisch veränderte Hefe produziert Ethanol aus Pflanzenfasern. Bisher musste die Cellulose in den Fasern vor der Vergärung in Glucose aufgespalten werden. Das neue Verfahren könnte Biokraftstoffe zukünftig billiger machen.

Pflanzenfasern – eine schwer verdauliche Kost

Pflanzenfasern bestehen aus Cellulose. Diese stabilen kettenförmigen Zuckermoleküle geben der Pflanze ihre Stabilität. Cellulose ist ein wichtiger nachwachsender Rohstoff vor allem für die Herstellung von Biokraftstoffen der sogenannten zweiten Generation. Zudem wird sie für die Papier- und Zellstoffherstellung, in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie sowie in Biogasanlagen genutzt.

Um Ethanol herzustellen, wurden bislang einfache Bierhefen genutzt. Diese können Einfachzucker wie z.B. Glucose aus Zuckerrohr oder Maisstärke in Ethanol vergären. Die widerstandsfähigen Zuckerketten der Cellulose können die Hefen jedoch nicht verdauen. Doch gerade die Cellulose pflanzlicher Zellwände bzw. aus Rest- und Abfallprodukten könnte eine reiche Rohstoffquelle für die Ethanolproduzenten und eine vielversprechende Alternative zur Ethanolgewinnung aus Nahrungspflanzen werden.

Schimmelpilze für die Cellulosezersetzung

Um die Cellulose für die Ethanolproduktion aufzuschließen, müssen die komplexen Moleküle bislang in einem aufwändigen und teuren Prozess mit speziellen Enzymen in Glucose zerlegt werden, bevor sie zu Alkohol vergoren werden können. Andere Pilze sind zwar besser in der Lage, Pflanzenfasern zu verdauen. Diese Pilze produzieren jedoch keinen Alkohol.

Forschern der Berkeley University of California und der Chinese Academy of Sciences ist es nun gelungen, genetisch veränderte Hefen zu züchten, die die Ethanolproduktion aus komplexen Fasern wie z.B. Grass oder Holz erheblich vereinfachen können.

Sie entdeckten beim Roten Schimmelpilz (Neurospora crassa) die für die Celluloseverdauung verantwortlichen Gene und bauten diese in die alkoholproduzierende Bierhefe ein.

Neurospora crassa ist ein wissenschaftlich gut erforschter Modellorganismus, der auf Grass und abgestorbenen Pflanzen wächst. Der Schimmelpils produziert zwei Proteine, die komplexe Cellulosemoleküle verdauen helfen. Zusätzlich erzeugt er ein Enzym, das die Zersetzung der Cellulose weiter vorantreibt. Die genetisch veränderten Hefen waren nun durch die Neurospora Gene in der Lage, Pflanzenfasern zu verdauen und gleichzeitig als Stoffwechselprodukt Ethanol herzustellen.

Vorteile des Verfahrens

Die neue Technik hat große Anwendungspotenziale für die Ethanolherstellung. Sie könnte helfen, Biokraftstoffe konkurrenzfähiger mit Erdöl zu machen, indem sie Produktionsprozesse effizienter und vor allem preiswerter gestaltet.

Mit Hilfe der neuen Hefen brauchen Ethanolproduzenten zukünftig Pflanzenfasern nicht mehr wie bisher chemisch oder thermisch in einfache Zuckermoleküle zerlegen. Stattdessen reicht es aus, die Cellulose in mittelgroße Moleküle, die sogenannten Cellodextrine, aufzuspalten. Hierzu sind zwar immer noch Enyme nötig. Das neue Verfahren spart jedoch Zeit und Geld.

Zudem kann mit dem neuen Verfahren auch aus pflanzenfaserhaltigen Abfallprodukten wie etwa aus Getreidehalmen, Blättern oder Papiermüll Ethanol gewonnen werden. Dies ermöglicht zum einen eine nachhaltige und umfassende Reststoffnutzung. Zum anderen kann auf wertvolles Ackerland für die Ethanolproduktion verzichtet werden.

Noch ein langer Weg

Bis dahin ist es jedoch noch ein langer Weg. So müssen die Pilzgene zunächst in Hefestämme eingeschleust werden, die sich nicht nur im Labormaßstab, sondern auch für eine industrielle Ethanolproduktion eignen. Zudem forschen die Wissenschaftler weiter an dem Schimmelpilz Neospora auf der Suche nach noch besseren Genkombinationen für die Eigenschaft der Cellulosezersetzung.

Die Forscher vermuten, dass es noch weitere 5 Jahre dauern wird, bis die gentechnisch modifizierten Hefen erstmals im Versuchsmaßstab zur Ethanolproduktion eingesetzt werden können. Und in etwa 10 Jahre könnte das Ethanol aus dem neuen Verfahren dann tatsächlich als Biokraftstoff auf den Markt kommen. Ob das neue Verfahren auch eine Produktionssteigerung erzielen kann und wie hoch diese sein wird, muss die Forschung im Industriemaßstab zeigen. Die Wissenschaftler rechnen heute mit einem Ertragsanstieg von etwa 10-20%.

Viele Forschergruppen arbeiten derzeit an der Optimierung von Mikroorganismen für die Biomasseverwertung. Die Modifizierung von zuckerfermentierenden Mikroorganismen wie z.B. Hefen, die gleichzeitig Enzyme zur Vergärung der Cellulose produzieren, gilt derzeit als das vielversprechendste Konzept für die Ethanolproduktion.

Quelle:

Jonathan Galazka (University of California, Berkeley) et al.: Science, Online-Vorabveröffentlichung, doi: 10.1126/science.1192838 (abstract)

Pflanzenforschung.de | pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/pilz-hilft-hefe-bei-der-pflanzenverdauung?page=0,1

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck
18.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

nachricht Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie
17.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics