Forschung & Entwicklung

Lichtaktive Mikroalgen als Biokatalysatoren

Die biotechnologische Produktion von Chemikalien durch Enzyme, die an die Fotosynthese von Mikroalgen gekoppelt sind, ist Thema des neuen EU-Projekts PhotoBioCat.

Im EU-Projekt PhotoBioCat nutzen Doktoranden unter Expertenanleitung Licht, um enzymatische Reaktionen etwa mittels Cyanobakterien zu beschleunigen. Damit soll die biokatalytische Herstellung von Chemikalien erheblich nachhaltiger werden. Koordiniert wird das kürzlich gestartete Projekt von einem Team rund um Robert Kourist, Leiter des Instituts für Molekulare Biotechnologie der TU Graz, auch das Institut für Chemie der Karl-Franzens-Universität Graz ist mit an Bord. Das Projekt läuft damit im Rahmen des Verbunds NAWI Graz.

Das Projekt PhotoBioCat hat zwei inhaltliche Schwerpunkte: Zum einen wird die Nutzung von Cyanobakterien als Biokatalysatoren für lichtgetriebene biotechnologische Anwendungen in einer Reihe industriell relevanter Modellreaktionen untersucht und erprobt. Chemikalien für Polymere, Kosmetika und Medikamente werden zunehmend biotechnologisch mithilfe von Enzymen hergestellt. Die Enzyme müssen allerdings bislang mit Reduktionsäquivalenten angetrieben werden, sehr komplexe Moleküle, die sich nur teuer synthetisieren lassen. Cyanobakterien betreiben Fotosynthese, wandeln also rein mit der Hilfe von Licht, Wasser und CO2 energiearme in energiereiche Stoffe um. Werden Enzyme genetisch in die Cyanobakterien eingeschleust, treiben sie dank ihrer katalytischen Funktion die chemische Reaktion an, das teure Reduktionsäquivalent wird damit überflüssig. Die große Herausforderung ist jetzt, den Prozess vom Labor auf einen industriellen Maßstab umzulegen. Die Kopplung an die Fotosynthese soll zudem mit mehreren Enzymen durchprobiert und die Palette der künftig herstellbaren Chemikalien erweitert werden.

Der zweite Fokus des Projekts liegt auf der Erhöhung der Effizienz, mit der Lichtenergie geerntet und an enzymatische Reaktionen weitergegeben werden kann (in vitro, also ohne lebende Trägerorganismen wie Cyanobakterien).

Das Projekt PhotoBioCat ist zugleich ein europäisches Netzwerk von Doktoranden, die von 2018 bis 2021 mit führenden Experten an der lichtgetriebenen Reaktion für biotechnologische Anwendungen arbeiten werden. Ausbildungsinhalte des PhotoBioCat-Netzwerkes reichen von der Veränderung des Energiestoffwechsels von Mikroalgen mittels moderner Werkzeuge der synthetischen Biologie über den Antrieb biotechnologischer Reaktionen durch Fotosynthese, die Entwicklung neuartiger lichtgetriebener enzymatischer Verfahren bis zur Entwicklung von Fotobioreaktoren.

Das Projekt PhotoBioCat Light-driven sustainable biocatalysis training network wird im Rahmen des EU-Programmes Horizon2020 Marie Sklodowksa-Curie Actions – European Joint Doctorates mit rund 3 Millionen Euro gefördert. Akademische Kooperationspartner sind die TU Graz, Karl-Franzens Universität Graz, TU Hamburg-Harburg, Universität Aix-Marseille, Universität Wageningen, Ruhr-Universität Bochum, Universität Porto, TU Delft und TU Dänemark. Aus der Industrie wirken GlaxoSmithKline, Chiracon, CyanoBiotech, Sandoz, Subitec, Arkema, Innophore, Entrechem mit. mn

www.tugraz.at

www.photobiocat.eu

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