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Fetttröpfchen in Hefezellen vor und nach der Optimierung © Klaus Natter/Uni Graz
Fetttröpfchen in Hefezellen vor und nach der Optimierung © Klaus Natter/Uni Graz

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Alternative Biodiesel-Produktion: Hefe als Fett-Lieferant

06.08.2018

Weltweit wird die Nachfrage nach Biotreibstoffen immer größer und Anbauflächen für Nutzpflanzen der Biodiesel-Produktion geopfert. Eine Forschungsgruppe aus Graz will das Dilemma mit einer unkonventionellen Hefesorte lösen. Sie kann Fett erzeugen, das dann in Biodiesel umgewandelt werden könnte, hieß es in einer Aussendung des Forschungsförderungsfonds (FWF).

Pflanzenöle sind bisher die wichtigsten Grundstoffe für die Herstellung von Biodiesel. Forschergruppen weltweit suchen nach Alternativen, damit die Erzeugung von hochwertigen dieselartigen Treibstoffen künftig weniger stark mit der Lebensmittelproduktion konkurriert. Einer davon wäre, das Fett nicht am Acker, sondern von Hefezellen aus dem Labor produzieren zu lassen.

Fetthefe lagert Triacylglyceride ein

Die Fähigkeit der sogenannten Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae) Kohlenhydrate zu Kohlendioxid und Alkohol umzusetzen, wird bei der Lebensmittelherstellung genutzt. Mit sogenannten "Fetthefen" wie Yarrowia lipolytica arbeite man allerdings erst seit kurzem, schilderte der Grazer Molekularbiologe Klaus Natter von der Universität Graz. "Sie ist wegen des namensgebenden Fettgehalts interessant", wie der Forscher erläuterte.

Der Hefepilz Yarrowia lipolytica zeichnet sich nämlich durch die Fähigkeit aus, Fette in Form von Triacylglyceriden in großen Mengen in Lipidtröpfchen innerhalb der Zelle einzulagern. 20 Prozent der Biomasse und mehr seien durchaus üblich. Diese Eigenschaft macht sie attraktiv für die biotechnologische Produktion von lipid-basierenden Chemikalien wie beispielsweise Biodiesel.

Natters Forschungsgruppe hat in den vergangenen zwölf Monaten ein computersimuliertes Modell der Stoffwechselprozesse der Zelle erstellt und versucht die Gene zu identifizieren, die die Lipidsynthese noch steigern könnten. Danach folgende Experimente haben die Computersimulationen bestätigt. Letztlich gelang es durch genetische Manipulationen die Fetteinlagerungen auf bis zu 60 Prozent zu steigern. Die veränderten Hefen seien ganz normal lebensfähig, würden allerdings etwas langsamer als ihre Vorfahren wachsen.

Nachhaltiger Prozess zur Fettproduktion

Überraschenderweise zeigte sich, dass auch die Bäckerhefe erhebliches Potenzial in sich trägt: Hier konnte der Fettgehalt von üblicherweise fünf bis zehn Prozent "um ein Mehrfaches" steigern. "Das zeigt, dass die Unterteilung in fette oder nicht fette Hefe nicht ganz korrekt ist", stellte Natter klar, der auch die Bäckerhefe als aussichtsreichen Kandidaten zur Fettproduktion betrachtet.

Aus Sicht der Grazer Forscher gibt es allerdings noch zahlreiche Hürden am Weg zu einer industriellen Umsetzung: "Um den Prozess nachhaltig zu machen, müsste der Nährstoff für diese Hefen aus Abfällen bestehen", betonte Natter. Zellulose, die von Enzymen zuvor zerlegt wurde, wäre eine Möglichkeit. "Dann würden beim Abernten eines Maisackers nicht mehr die Maiskolben, sondern der Rest zur Biodieselproduktion verwendet werden", wie der Forscher erklärte. Im Moment sei das Verfahren allerdings noch nicht wirtschaftlich.

Die Steigerung des Fett-Ertrages ist laut Natter jedoch nur ein erster Schritt zur nachhaltigen Biodiesel-Produktion. Wichtig sei auch der "Zellaufschluss", also die Frage, wie man das Fett aus der Zelle extrahiert. "Das ist ein aufwendiger Prozess", räumte Natter ein. Interessant wäre es daher, die Zelle dazu zu bringen, dass sie das produzierte Fett von selbst ausscheidet. Alternativ gebe es auch Ansätze, die Hefezellen direkt Biodiesel produzieren zu lassen, der dann von den Zellen sekretiert werden könnte. Erste Test hätten gezeigt, dass es funktioniert, doch die Ausbeute sei nicht zufriedenstellend. Hier soll weitere Grundlagenforschung helfen, den Prozess zu optimieren.

Service: G. Bhutada, M. Kavscek, R. Ledesma-Amaro, S. Thomas, K. Natter et al.: " Sugar versus fat: Elimination of glycogen storage improves lipid accumulation in Yarrowia lipolytica. FEMS Yeast Research, https://academic.oup.com/femsyr/article/17/3/fox020/3798535

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