Projekt zu Biotensiden Wie Bakterien beim Wäschewaschen helfen

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Seife, Duschgel, Waschmittel – ohne Tenside wäre das Saubermachen deutlich schwerer. Viele der waschaktiven Substanzen sind allerdings erdöl-basiert. Um mehr nachhaltige Tenside zur Auswahl zu haben, untersuchen Forscher der Universität Hohenheim ein Bakterium, welches biologisch abbaubare Biotenside im industriellen Maßstab produzieren könnte.

Stuttgart – Tenside gehören wohl zu den wichtigsten Chemikalien in unserer Gesellschaft. Sie sorgen u.a. dafür, dass unsere Kleidung beim Waschen wieder sauber wird. Aber auch in Shampoos, Spülmitteln und sogar Kosmetika und Lebensmitteln sind Tenside enthalten. Manche werden auch bei Bodensanierungen oder in der Erdölförderung eingesetzt.

Noch wird ein Großteil der Tenside auf Erdöl-Basis hergestellt. Doch wie in zahlreichen Bereichen gibt es auch hier den Trend zu nachhaltigeren Alternativen auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Die Verbraucher verlangen zunehmend nach gesunden und umweltfreundlichen Produkten. Hier kommen Bakterien ins Spiel. Mit ihrer Hilfe lassen sich Biotenside herstellen, die zu 100 Prozent biologisch abbaubar sind und deren Produktion nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion steht oder das umstrittene Palmöl als Ausgangsmaterial nutzt.

Nicht nur beim Waschen auf Bio setzten

Darüber hinaus besitzen diese Biotenside oft noch weitere Vorteile: „Einige von ihnen können sogar in Lebensmitteln eingesetzt werden. Zudem weisen sie eine hohe strukturelle Vielfalt auf, die sie für Spezialanwendungen interessant macht“, sagt Prof. Rudolf Hausmann von der Universität Hohenheim. „Über kurz oder lang sind sie eine Alternative zu den bisher aus Erdöl oder Pflanzenöl hergestellten Tensiden. Deswegen entwickelt die Industrie daran ein stark zunehmendes Interesse.“

Folglich hat auch die Forschung an mikrobiellen Tensiden in den vergangenen Jahren zugenommen. Während für manche Biotenside bereits etablierte industrielle Prozesse existieren, ist dies für andere mikrobiell gewonnene Tenside noch nicht gelungen. Hausmann und sein Team an der Universität Hohenheim wollen dies in einem neuen Projekt ändern, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 350.000 Euro gefördert wird.

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Hoffnungsträger Surfactin

Eines der Tenside, die noch nicht industriell erschlossen sind, ist das Surfactin. Es gilt wegen seiner außergewöhnlich starken Oberflächenaktivität, seiner bioaktiven Eigenschaften und den damit verbundenen Anwendungsmöglichkeiten als eines der vielversprechendsten Biotenside mit großem Potenzial.

„So kann Surfactin beispielsweise sehr effektiv die Bildung von Biofilmen verhindern oder zu ihrer Ablösung beitragen“, sagt der Verfahrensingenieur Hausmann. „Vereinfacht ausgedrückt sind Biofilme eine Schleimschicht, in der Bakterien leben und die sie vor der Umgebung schützt. Biofilme sind der Grund, wenn es zum Beispiel aus der Waschmaschine unangenehm riecht, vor allem, wenn aus ökologischen Gründen fast ausschließlich bei niedrigen Temperaturen gewaschen wird.“

Forscher nutzen das Bakterium Bacillus subtilis als natürlichen Surfactin-Produzenten. Es kommt aber auch in der Industrie zum Einsatz, wo man es zur Produktion von Proteinen nutzt. Auch während der Fermentation von Sojabohnen zur Herstellung von „Natto“, einer japanischen Spezialität, spielt es eine Rolle. All das macht Surfactin für die Lebensmittelindustrie interessant. Denn als Emulgator besitzt es ungefähr die tausendfache Wirkung von Lezithin, das als E 322 u.a. in Margarine, Schokolade oder Kaugummi zugefügt wird.

Herstellung ist möglich, aber nicht wirtschaftlich

Problematisch für die großindustrielle Herstellung von Surfactin sind derzeit noch die hohen Produktionskosten und die geringen Ausbeuten. Um eine effiziente biotechnologische Produktion zu gewährleisten, müssen grundlegende Wissenslücken geschlossen werden.

„Dies kann nur durch eine gleichzeitige genetische und verfahrenstechnische Optimierung geschehen“, sagt Dr. Lars Lilge, Mitarbeiter im Fachgebiet Bioverfahrenstechnik. „Ziel unseres Projektes ist, in unseren Bioreaktoren möglichst viel an Surfaction zu gewinnen.“

Erste Erfolge mit rekordverdächtiger Ausbeute

Dazu beschäftigt sich das Team u.a. mit der Frage, wie die Surfactin-Biosynthese reguliert wird und wie sie gesteigert werden kann. So kann eine spezifische Genmutation dazu führen, dass die Bakterien toleranter gegenüber ihrem eigenen Stoffwechselprodukt werden. Denn da Surfactin auch antimikrobielle Eigenschaften besitzt, würden sich die Bakterien bei sehr hohen Konzentrationen selbst abtöten.

„Wir schaffen es, bis zu 26 g Surfactin pro Liter zu produzieren. Das dürfte ein Weltrekord in der Wissenschaft sein, das hat bisher noch niemand geschafft“, Projektleiter Hausmann. Die Forscher sind zuversichtlich, dass sie mit genetischen Methoden noch höhere Mengen erzielen können. Voraussetzung dafür sei, zu verstehen, wie sich die Biosynthese in den Bakterien im Detail regulieren lässt.

* Dr. U. Stuhlemmer, Universität Hohenheim, 70599 Stuttgart

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