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Nachhaltige Bioproduktion Bakterien ersetzen Erdöl: Nachhaltige Terpenoide für die chemische Industrie

Redakteur: Alexander Stark

Terpenoide sind für die Herstellung von zahlreichen chemischen und pharmazeutischen Produkten unverzichtbar. Bisher basiert ihre Synthese auf petrochemischen Grundstoffen. Ein Forschungsprojekt der Technischen Universität Mittelhessen hat nun einen speziellen Bakterienstamm identifiziert, der die Herstellung von Terpenoiden nachhaltiger machen kann.

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Doktorand Lucas Becker misst die Zellzahl des Bakterienstamms Cupriavidus nectar.
Doktorand Lucas Becker misst die Zellzahl des Bakterienstamms Cupriavidus nectar.
(Bild: Armin Eikenberg/ THM)

Gießen – Viele Gegenstände, die wir im Alltag benutzen, sind Erdölprodukte. Sie gelten als umweltbelastend und wenig nachhaltig. Eine ökologische Alternative bietet die Bioökonomie, deren Produktionskonzept auf der Nutzung nachwachsender Rohstoffe beruht. Mit diesem Thema befasst sich ein Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Dirk Holtmann vom Gießener Institut für Bioverfahrenstechnik und Pharmazeutische Technologie arbeitet dabei mit Phytowelt GreenTechnologies aus Köln zusammen. Ziel ist die Prozessentwicklung für die biotechnologische Terpenproduktion. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit 640.000 Euro.

Terpene und die verwandten Terpenoide sind spezielle Stoffwechselprodukte. Für die chemische Industrie bergen sie ein enormes wirtschaftliches Potential. Sie können z. B. als Aroma- und Geschmacksstoffe dienen, sind in Pflanzenschutzmitteln, Körperpflege- oder kosmetischen Produkten enthalten. Viele sind auch Pharmaindustrie von Bedeutung und kommen zur Behandlung von Infektionskrankheiten und in der Krebstherapie zum Einsatz.

Biotechnologische Verfahren als Alternative zur konventionellen Synthese

Der natürliche Terpengehalt in Pflanzen ist gering. Außerdem besteht z. B. in der Aromaindustrie ein zunehmender Bedarf an Stoffen, die ohne eine konventionelle Synthese auf petrochemischer Basis auskommen. „Deshalb brauchen wir neue biotechnologische Produktionsverfahren sowie kostengünstige und auch im großtechnischen Maßstab leicht implementierbare Produktions- und Aufreinigungsverfahren,“ erläutert Holtmann. „Die Verfügbarkeit optimierter Technologien wird auch die Produktion neuer geringpreisiger Produkte ermöglichen.“ Die biotechnologische Produktion ist ressourcenschonend, weil sie fossile Rohstoffe ersetzt und stattdessen biobasierte Rest- und Abfallstoffe nutzt.

Ergebnisse eines Vorgängerprojekts deuten darauf hin, dass sich der Bakterienstamm Cupriavidus necator für die Produktion von Terpenoiden sehr gut eignet und auch eine industrielle Nutzung vielversprechend ist. Die Partner wollen auf dieser Basis ein Produktionssystem für das Terpen Humulen entwickeln. Humulen ist eine Aromaverbindung, die auch pharmakologisch interessant ist und z. B. in Hopfen und der Cannabispflanze natürlich vorkommt.

Der Bakterienstamm und der gesamte Produktionsweg sollen optimiert und Produktproben zur weiteren Analyse bei Industriepartnern erzeugt werden. Darüber hinaus wollen die Forscher Cupriavidus necator als Plattform für die Produktion weiterer wertvoller Terpenoide wie z. B. Carotinoide sowie pharmakologisch wirksame Substanzen etablieren. „Ein weiteres Projektziel ist die Erlangung von Patentrechten durch den Einsatz neuer Organismen, Gensequenzen und Prozessstrategien,“ betont Dr. Guido Jach, der bei Phytowelt für das Projekt verantwortlich ist.

Das Forschungsvorhaben hat eine Laufzeit von drei Jahren. Es wird vom BMBF im Rahmen der „Nationalen Forschungsstrategie Bio Ökonomie 2030“ gefördert. Damit unterstützt das Ministerium Innovationen, die Umweltaspekte mit wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Interessen in Einklang bringen.

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