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Bioprozesstechnik Große Mengen Grapefruit-Aroma im Bioreaktor erzeugen

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Forscher am österreichischen Biotech-Forschungszentrum Acib haben eine Methode entwickelt, teures Grapefruit-Aroma Nootkaton mit einer „Turbohefe“ aus billigem Zucker herzustellen. Die Substanz kommt u.a. in Erfrischungsgetränken, Pharmaprodukten oder als Insektenschutzmitteln zum Einsatz.

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Acib-Forscherin Tamara Wriessnegger führt Testfermentationen durch.
Acib-Forscherin Tamara Wriessnegger führt Testfermentationen durch.
(Bild: Acib)

Graz/Österreich – Das Austrian Centre of Industrial Biotechnology (Acib) nutzt die positiven Seiten der synthetischen Biologie. Die Biotechnologen Tamara Wriessnegger und Harald Pichler waren in Graz vor die Herausforderung gestellt, Nootkaton in großen Mengen herzustellen. Die Substanz ist teuer (mehr als 4000 Euro pro Kilo) und kommt nur in winzigen Mengen in Grapefruits vor. Gleichzeitig ist der Bedarf groß, denn Nootkaton wird als hochwertiger, natürlicher Aromastoff in Millionen Litern Erfrischungs- und Lifestyle-Drinks ebenso eingesetzt wie als Biopharmazeutikum oder als natürliches Insektenschutzmittel.

„Wir haben neue Geninformationen in die Hefe Pichia pastoris eingebaut, damit sie Nootkaton aus Zucker herstellen kann“, erklärt Acib-Forscherin Tamara Wriessnegger. Das Erbgut der Produktionshefe wurde um vier Fremdgene erweitert, die aus der Schotenkresse Arabidopsis thaliana, dem Ägyptischen Bilsenkraut Hyoscyamus muticus, der Nootka-Scheinzypresse Xanthocyparis nootkatensis und aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae stammen.

Aroma einer Grapefruit reicht für Millionen Liter Saft

Mithilfe der neuen Gene ist die Hefe in der Lage, den hochwertigen, natürlichen Aromastoff (mehr als 4000 Euro pro Kilo) günstig und in brauchbaren Mengen aus Zucker (ein Euro pro Kilo) herzustellen. Wichtig ist die Substanz für die Lebensmittel-, Pharma- und chemische Industrie, weiß Harald Pichler. Als Insektizid wirke es gegen Zecken, Moskitos oder Wanzen. Im medizinischen Umfeld habe sie Aktivität gegen Krebszelllinien gezeigt. In Kosmetika schätze man den guten Geruch, in Erfrischungsgetränken den Geschmack. Weil die natürlichen Quellen den Bedarf nicht decken können, ersetzt die Acib-Methode die chemische Synthese – einen energieaufwändigen, alles andere als umweltfreundlichen Prozess. Auch die gängige Biotech-Variante mit Valencen als Ausgangsstoff ist unterlegen, weil Valencen teurer als Zucker ist und chemisch synthetisiert werden muss. Pichler: „Mit unserem Verfahren lässt sich das teure und wichtige Terpenoid Nootkaton erstmals industriell in brauchbaren Mengen umweltfreundlich und ressourcenschonend produzieren.“

Die synthetische Biologie kann für die Menschheit überlebenswichtig sein, wie das Beispiel Artemisinin zeigt. Dank dieser Substanz ist Malaria heilbar. Leider kommt sie nur in winzigen Mengen im Einjährigen Beifuß vor – bis der US-Forscher Jay Keasling den entsprechenden Produktionsweg aus der Pflanze in Bakterien übertragen hat. Mit diesen „synthetischen“ Organismen wird der Wirkstoff seither günstig hergestellt. xx

Originalpulbikation:

Metab Eng. 2014 Jul;24:18-29. doi: 10.1016/j.ymben.2014.04.001. Epub 2014 Apr 16.; Production of the sesquiterpenoid (+)-nootkatone by metabolic engineering of Pichia pastoris; Wriessnegger T1, Augustin P2, Engleder M3, Leitner E4, Müller M5, Kaluzna I6, Schürmann M7, Mink D8, Zellnig G9, Schwab H10, Pichler H11.

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