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Von der Kuh zur Tankstelle

Auf der Suche nach neuen Rezepten für Biosprit haben Forscher aus Kalifornien das Innere des Kuh-Pansens genau untersucht. Von Bakterien, die dort leben, wollen sie lernen, wie man den Pflanzenstoff Zellulose zunächst zu Zucker und dann zu Biokraftstoff macht.

Von Michael Lange | 02.02.2011
    Ein Drittel der Biomasse weltweit besteht aus Zellulose, dem Baumaterial der pflanzlichen Zellwände. Zellulose, das sind lange für Mensch und Tier unverdauliche Zuckerketten. Dass Kühe dennoch von Gras leben können, das fast ausschließlich aus Zellulose besteht, liegt an den Bakterien in ihrem Verdauungstrakt. Wissenschaftler des US-Genom-Instituts in Walnut Creek, Kalifornien, haben das Erbgut dieser Bakterien im Pansen der Rinder nun Buchstabe für Buchstabe entziffert.

    Was sich bei Kühen bewährt hat, könnte auch im Labor und später in großen Anlagen zur Herstellung von Biosprit Anwendung finden, so die Forscher aus Kalifornien. Die Idee dahinter stammt aus der synthetischen Biologie. Das bedeutet: Es werden einzelne Elemente aus der Natur neu zusammengesetzt, wie Bauteile, die sich zu einer Maschine zusammenfügen. Wilfried Weber hält das für einen interessanten Ansatz. Er arbeitet als Professor am Zentrum für biologische Signalstudien an der Universität Freiburg und beschäftigt sich dort mit synthetischer Biologie.

    "Wenn Sie Biosprit herstellen möchten, der nicht aus Mais, Palmöl und so weiter, also nicht aus Lebensmitteln besteht, dann bietet sich Gras an, Stroh als Abfallprodukt aus der Landwirtschaft, oder es bietet sich Holz an. Und das Problem bei all diesen Rohstoffen ist, dass der Hauptenergieträger Zellulose ist. Und diese Zellulose kann nur sehr schwer in Treibstoffe umgewandelt werden, wie er zum Beispiel für Kraftfahrzeuge notwendig ist."

    Die Information für nahezu 30 000 Biomoleküle haben die US-Forscher im Pansen der Rinder aufgespürt. Sie wissen jetzt, wie die Bakterien Zellulose in Zucker verwandeln. Der Zucker wiederum ist ein idealer Ausgangsstoff für Kohlenwasserstoffe, also Biosprit. Die ersten Anlagen, die aus Zucker Kraftstoffe herstellen, gibt es bereits. Synthetische Biologen wollen nun die verschiedenen Schritte der Biosprit-Herstellung in einer biologischen Produktionsstraße verbinden, zunächst im Labor, dann im großen Maßstab.

    Diese neue Art, biologische Bauelemente zusammen zu schalten, wird oft mit dem Zusammenbauen von Legosteinen verglichen. Aber so einfach funktioniert die synthetische Biologie noch nicht, erklärt Wilfried Weber.

    "Wenn das gelänge, dann könnte man sehr viele neue biologische Systeme herstellen, die sehr viele momentane Probleme lösen könnten. Aber von dieser legoartigen Biologie sind wir leider noch weit entfernt. Und das liegt daran, dass sich biologische Komponenten nicht so einfach standardisieren oder von einer Umgebung in die andere transferieren lassen wie Legosteine oder elektronische Bausteine."

    Eine Schlüsselrolle in der synthetischen Biologie spielt das Register für biologische Bauteile am MIT, dem Massachusetts Institute of Technology in Boston. Hier warten unzählige biologische Bauteile darauf, bestellt und neu kombiniert zu werden - zu neuen "biologischen Maschinen" oder wie in einer Fabrik zu ganzen Produktionsstraßen. Die meisten dort dokumentierten sogenannten Biobricks sind aus einem Studentenwettbewerb hervorgegangen.

    "Das Register am MIT umfasst zurzeit mehr als 3500 biologische Bausteine. Und das ist eine sehr wertvolle Ressource, um an biologische Bauteile heranzukommen. Die Teile, die darin sind, sind leider häufig nicht so gut charakterisiert, wie man es gerne hätte. Es gab schon einige Enttäuschungen, als wir Teile bestellt haben, und einfach nicht das drin war, was draufstand. Dort ist noch einiges an Qualitätskontrolle und weiteren Charakterisierungen notwendig."

    Die synthetische Biologie braucht also bessere Materialsammlungen, um effektiver zu arbeiten. Immer mit dem Ziel, durch neue Kombinationen neue Funktionen möglich zu machen. Die Bio-Informationen aus dem Pansen der Kühe könnten in solchen Systemen eine wichtige Rolle spielen.