Nachhaltige Lebensmittel aus Kohlendioxid? Wissenschaftler setzen auf Bakterien

Essen aus Luft? Das könnte in Zukunft Realität werden.

Mikrobiologen der Wageningen Universität in den Niederlanden suchen nach Wegen, um mit Hilfe von Bakterien Kohlendioxid schnell und effizient in Nährstoffe wie Zucker umzuwandeln. So könnten Lebensmittel nachhaltig und unabhängig von der Landwirtschaft produziert werden.

Kohlendioxid in Biomasse speichern – das ist keine neue Idee. Vor drei Milliarden Jahren waren es Cyanobakterien (Blaualgen), die Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht als Kohlenstoffquelle nutzten. Als „Abfallprodukt“ entstand dabei Sauerstoff. Dieser wichtigste Stoffwechselweg auf der Erde wird auch Photosynthese genannt.

Im sogenannten Calvinzyklus wird Kohlendioxid unter anderem in Zucker und Aminosäuren umgewandelt. Allerdings ist die Reaktionskette langsam und ineffizient, da das Schlüsselenzym RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxygenase) nicht optimal funktioniert. Das liegt daran, dass es an den damaligen geringen Sauerstoffgehalt der Atmosphäre angepasst ist. Heute besteht unsere Luft zu etwa 21 Prozent aus Sauerstoff. Das Enzym bindet nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Sauerstoff. Dadurch gehen Energie und Kohlendioxid verloren.

Das Team um den Mikrobiologen Nico Claassens versucht nun, die Natur zu übertreffen. Mit anderen Enzymen wird ein neuer Zyklus aufgebaut, um das Kohlendioxid zu binden. Die Wissenschaftler nutzen dafür das gut erforschte Bakterium Escherichia coli, das auch in der menschlichen Darmflora vorkommt. Viele Änderungen sind allerdings notwendig. Für die vollständige Reaktionskette braucht man 10 bis 15 Enzyme. Das Team setzt schrittweise Module von je drei bis vier Enzymen ein und beobachtet, welche Bakterien sich anpassen können und überleben.

In zwei bis drei Jahren könnte ein funktionierender, synthetischer Zyklus vorliegen, hoffen die Wissenschaftler. Die bakterielle Biomasse könnte genutzt werden, um zum Beispiel Proteine und andere Nährstoffe für Lebensmittel zu produzieren. Wenn die Bakterien eine chemische Energiequelle wie Wasserstoff aus Elektrizität nutzen, wäre eine Nahrungsproduktion unabhängig von der Landwirtschaft möglich. Dieser Ansatz wird bereits von einigen Unternehmen verfolgt. Ob die niederländischen Forschenden die Bakterien für solche Zwecke optimieren können, wird sich in Zukunft zeigen.

Heike Kreutz, www.bzfe.de

Weitere Informationen:

Microbiologists are building bacteria that convert CO2 into food

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