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CO2 statt Zucker: Wie manipulierte Kolibakterien beim Klimaschutz helfen sollen

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Israelische Forscher wollen Kolibakterien züchten, die Kohlendioxid fressen, um Kraftstoffe oder Nahrung herzustellen.

Es ist eine Geschichte, die beeindruckt und zugleich möglicherweise Ängste auslöst: Israelische Forscher haben Kolibakterien (Escherichia coli) so geschickt manipuliert, dass sie sich nicht mehr von Zucker, sondern von Kohlendioxid ernähren. Nach diesem erreichten Etappenziel hoffen die Forscher darauf, die Bakterien zu weiterzuentwickeln, dass die dazu dienen, Kraftstoff oder Nahrung herzustellen.

Die Systembiologen am Weizmann Institute of Science haben ihren Erfolg kürzlich im Magazin Cell vorgestellt. Grundsätzlich sind die allermeisten Kolibakterien-Stämme für den Menschen ungefährlich – sie gehören zu unserer Darmflora. Gewöhnlich ernähren sich die Kolibakterien aber von dem in verzehrten Lebensmitten enthaltenen Zucker und versorgen so den menschlichen Körper mit Vitaminen.

Zu unterscheiden sind diese Stämme von pathogenen Bakterienstämmen – diese sind eine häufige Ursache für Infektionskrankheiten. Auch außerhalb des Körpers spielen Kolibakterien eine Rolle – auf solche Stämme geht etwa die Entwicklung von Insulin zurück. Auch Wachstumshormone können beispielsweise aus Kolibakterien sein, deren Gene manipuliert wurden.

Erstmals gelang des den Wissenschaftlern um Ron Milo im Jahr 2016, Bakterien zum Fressen von CO2 zu motivieren – allerdings nicht ausschließlich, sondern nur als Teil des Futters. Die neuen Bakterien können hingegen ihren gesamten Kohlenstoffbedarf aus Kohlendioxid decken. Dazu war – nach Angaben der Forscher – eine Kombination aus Evolution einerseits und Gentechnik andererseits notwendig.

Zunächst bekamen die Kolibakterien Gene, um ein Enzym zu produzieren, das gewöhnliche Pflanzen nutzen, um Kohlendioxid durch Ausnutzung des Lichts in Kohlenstoffe zu wandeln. Da die Kolibakterien aber kein Licht als Energiequelle nutzen können, erhielten sie außerdem ein Gen, dass als organisches Molekül Energie für den Wandlungsprozess liefern sollte.

Doch auch dieser zweite Schritt führte noch nicht zum gewünschten Erfolg. Daher machten die Wissenschaftler mit ihnen eine Art Training – sie gaben ihnen geringe Mengen Zucker und setzten sie in Luft mit sehr deutlich erhöhtem CO2-Anteil aus. Konkret: Faktor 250.

Und tatsächlich: Nach 200 Tagen fand eine Mutation an elf Genen statt, die es den Kolibakterien nun ermöglicht, das Kohlendioxid aus der Luft zu verarbeiten. Gelingt es den Forschern nun in den kommenden Jahren, daraus Kolibakterien zu züchten, die unmittelbar zur Kraftstoff- oder Nahrungsmittelproduktion verwendet werden können?

Cleantech-Startups: Krajete, Solar Foods, Kiverdi oder Air Protein

Schon heute gibt es eine Reihe von Cleantech-Startups, die sich mit ähnlichen Ansätzen beschäftigen, im Unterschied zu den Wissenschaftlern aber zumeist neben Luft auch Licht – und damit viel Energie – benötigen. So beispielsweise das finnische Cleantech-Startup Solar Foods oder das Unternehmen Krajete, das mit Urorganismen experimentiert.

Ein weiterer Hoffnungsträger auf dem Gebiet ist die Unternehmerin Lisa Dyson, die mit Kiverdi und Air Protein gleich zwei Firmen in diesem Segment leitet. Air Protein, das jüngere der beiden Cleantech-Unternehmen, stellte im Dezember letzten Jahres den Prototyp eines „luftbasierten“ Fleisches vor.

Vortrag von Lisa Dyson aus dem Jahr 2018

Die Technologie von Air Protein dahinter geht auf eine Idee zurück, die erstmals in den 1960er Jahren von der NASA erforscht wurde, als Wissenschaftler versuchten herauszufinden, wie man Astronauten im Weltraum ernähren kann. Sie entdeckten: Mit Mikroorganismen, die das ausgeatmete CO2 in Nahrung umwandeln. Air Protein nutzt dazu Gärungstanks – und könnte damit den ökologischen Fußabdruck von Lebensmitteln radikal verbessern.

Dieses mit luftbasiertem Eiweiß hergestellte Fleisch wird ohne die traditionellen Anforderungen an Land, Wasser und Wetter hergestellt. Dies ist das erste Mal in der Geschichte, dass Fleisch auf Luftbasis hergestellt wird. Durch die Umwandlung von Elementen der Luft, die wir atmen, in Protein wird dies die Art und Weise revolutionieren, wie wir in Zukunft an die Nahrungsmittelproduktion herangehen.

Linda Dyson, Air Protein

Womöglich macht es Angst, wenn Fleisch nicht mehr traditionell hergestellt oder Kraftstoffe auf andere Weise produziert werden. Aber: Wir werden uns mit solchen Veränderungen anfreunden müssen, wenn wir trotz des Bevölkerungswachstums und Risiken durch die Erderwärmung für die traditionelle Landwirtschaft mehr Menschen ernähren möchte, als wir es heute tun. In einigen Jahren wird gezüchtetes Fleisch („Clean Meat„) selbstverständlich sein.

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