MethanoPEP – heißt das neue Konsortialprojekt, welches sich ab Februar 2020 mit der Weiterentwicklung von methanbildenden Mikroben als Plattformorganismen in der Biotechnologie beschäftigen wird. Koordiniert durch Prof. Dr. Michael Rother vom Institut für Mikrobiologie der TU Dresden wird das gemeinschaftliche Vorhaben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, der Technischen Hochschule Mittelhessen, der Eberhard Karls Universität Tübingen sowie der Electrochaea GmbH in mehreren Teilprojekten über einen Zeitraum von drei Jahren bearbeitet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Forschungskonsortium mit einer Zuwendung in Höhe von über zwei Millionen Euro.
Das Wissenschaftsjahr 2020 ist das Jahr der Bioökonomie mit dem Ziel, aktuelle Forschung zu biobasierten Technologien und die dazugehörigen Konzepte für eine nachhaltigere Wirtschaftsform einer breiten Öffentlichkeit zu vermitteln. Pünktlich mit Beginn des Wissenschaftsjahres, traf Mitte Januar an der Fakultät Biologie der TU Dresden die Bewilligung eines vielversprechenden, bioökonomischen Großprojekts ein. Projektkoordinator Prof. Michael Rother ist hocherfreut und brennt förmlich darauf, die kleinen methanogenen Biofabriken besser zu erforschen und in Betrieb zu nehmen: „Methanogene, das sind methanbildende Mikroben aus der Domäne der Archaea, die in der Industrie bisher „nur“ als effiziente Biogas-Produzenten eingesetzt werden. Mit MethanoPEP wollen wir für sie in den kommenden Jahren eine breitere Anwendung in nachhaltigen Produktionsprozessen finden.“
MethanoPEP-Projekt© MethanoPEP
Vereinfachte Darstellung des MethanoPEP-Projekts zur Entwicklung von Methanogenen zu Biofabriken, um dem Prozess der Methanogenese aus billigen, erneuerbaren Energiequellen einen Mehrwert (roter Pfeil) zu verleihen. Isopren (rote Struktur) ist ein Beispiel für eine von Methanogenen abgeleitete Plattformchemikalie. Die biologische Methanbildung (Methanogenese) gilt als einer der ältesten bekannten Stoffwechsel, der eine wesentliche Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielt. Methan, das Endprodukt des methanogenen Energiestoffwechsels, ist zu einer hoch attraktiven erneuerbaren Energiequelle geworden, da es sich vergleichsweise einfach aus Biomasse produzieren und im bestehenden Erdgasnetz verteilen und speichern lässt. Jedoch haben die kleinen Kraftwerke neben ihrer Methanproduktionskapazität bisher noch unerschlossene Stoffwechselfähigkeiten, die interessante Ressourcen für biotechnologische Anwendungen darstellen.
Optimierung bestehender Kultivierungsprinzipien
Durch eine synergetische Zusammenarbeit haben sich die Projektpartner zum Ziel gesetzt, den bisherigen Kenntnisstand zu Methanogenen durch grundlegende und angewandte Forschung in drei Bereichen zu erweitern. Ziel ist es, die kleinen Kraftwerke robuster, vielseitiger und universell einsetzbar zu machen: Der erste Bereich deckt die Entwicklung neuer und die Optimierung bestehender Kultivierungsprinzipien ab. So ist beispielsweise das Potenzial elektroaktiver Methanogene in mikrobiellen Elektrosynthesen kaum untersucht. Der zweite Bereich sieht die Entwicklung neuer und die Weiterentwicklung aktueller Methoden zur genetischen Manipulation von Methanogenen vor.
„Die Tatsache, dass die von MethanoPEP untersuchten Methanogene nur Wasser, Salze, Kohlenstoffdioxid und eine (erneuerbare) Elektronenquelle benötigen, verspricht, die Produktion wettbewerbsfähig zu machen, auch wenn die Produkte zunächst nur in geringen Mengen anfallen. Die Biosynthese von Isoprenoiden wird in unserem Projekt als proof of concept vorgeschlagen, aber grundsätzlich könnte mithilfe des metabolic engineering jedes Stoffwechselprodukt, das sich aus Acetyl-Coenzym A ableitet, von Methanogenen hergestellt werden,“ erläutert Prof. Rother das große Potential der kleinen Ökofabriken.
Beispielsweise steht für Methanothermobacter, der einzige aktuell in Reinkultur industriell eingesetzte Methanogene, überhaupt kein genetisches System zur Verfügung. Der dritte Bereich ist die Erweiterung des Anwendungspotentials von Methanogenen über die reine Methanproduktion hinaus. Durch eine Änderung ihres endogenen Stoffwechsels, sollen die Biofabriken außer Methan auch wertschöpfende Verbindungen, zum Beispiel Isoprenoide, produzieren. Isoprenoide sind die größte Klasse von Naturstoffen und finden in allen Lebensbereichen Anwendung, zum Beispiel in Pharmazeutika, Geschmacks-, Duft- und Kunststoffen.