E Coli Bakterien: In Laboratorien entwickelte Stämme nutzen Kohlendioxid anstelle von organischen Verbindungen
Im Laufe mehrerer Monate haben Forscher in Israel Stämme von E Coli Bakterien hergestellt. Diese verbrauchen CO2 zur Energiegewinnung anstelle von organischen Verbindungen. So eine Errungenschaft in der synthetischen Biologie unterstreicht die unglaubliche Plastizität des bakteriellen Stoffwechsels. Die Studie könnte außerdem auch den Rahmen für eine künftige klimaneutrale Bioproduktion bilden.
E Coli Bakterien als Energiequellen
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Die lebende Welt ist unterteilt in Autotrophe und Heterotrophe. Erstere wandeln anorganisches CO2 in Biomasse um, während letztere organische Verbindungen verbrauchen. Autotrophe Organismen dominieren die Biomasse auf der Erde und liefern einen Großteil unserer Nahrung und Kraftstoffe. Ein besseres Verständnis der Prinzipien des autotrophen Wachstums und der Methoden zu seiner Verbesserung ist entscheidend für den Weg zur Nachhaltigkeit.
“Unser Hauptziel war die Schaffung einer praktischen wissenschaftlichen Plattform zur Verbesserung des CO2-Verbrauchs. Dies kann dazu beitragen, die Herausforderungen im Zusammenhang mit der nachhaltigen Produktion von Lebensmitteln und Kraftstoffen, sowie der globalen Erwärmung durch CO2-Emissionen zu bewältigen”. Das sagt der Hauptautor Ron Milo, Systembiologe am Weizmann-Institut für Wissenschaft. “Die Umwandlung des Kohlenstoffs von Kolibakterien, dem Arbeitspferd der Biotechnologie, von organischem Kohlenstoff in CO2 ist ein wichtiger Schritt zum Aufbau einer solchen Plattform.”
Eine große Herausforderung in der synthetischen Biologie bestand also darin, in einem heterotrophen Modellorganismus eine synthetische Autotropie zu erzeugen. Trotz des weit verbreiteten Interesses an der Speicherung erneuerbarer Energien und einer nachhaltigeren Lebensmittelproduktion sind die Bemühungen der Vergangenheit, industriell relevante heterotrophe Modellorganismen zu entwickeln, um CO2 als einzige Kohlenstoff Quelle zu verwenden, gescheitert. Bisherige Versuche, autokatalytische CO2 -Fixierung in Zyklen in Heterotrophen zu etablieren, erforderten immer die Zugabe von organischen Verbindungen mit mehreren Kohlenstoff Atomen, um ein stabiles Wachstum zu erzielen.
Neue Perspektiven für Nachhaltigkeit
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“Aus grundlegender wissenschaftlicher Perspektive wollten wir herausfinden, ob eine so grundlegende Veränderung in der Ernährung von Bakterien, von der Abhängigkeit von Zucker bis zur Synthese ihrer gesamten Biomasse aus CO2, möglich ist”. Das sagt der Autor Shmuel Gleizer, Post-Doktorand am Weizmann Institute of Science. “Wir wollten nicht nur die Machbarkeit einer solchen Transformation im Labor testen. Außerdem sollten wir auch wissen, wie extrem eine Anpassung hinsichtlich der Änderungen an der bakteriellen DNA-Blaupause ist.”
In zukünftigen Arbeiten werden die Forscher versuchen, Energie durch erneuerbaren Strom zu liefern, um das Problem der CO2-Freisetzung anzugehen. Somit können sie außerdem auch feststellen, ob atmosphärische Umgebungsbedingungen die Autotrophie unterstützen können. Dementsprechend lassen sich diese dann für das autotrophe Wachstum relevantesten Mutationen eingrenzen.
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