CO₂ fixieren

js | Folgende theoretische Überlegung, um Kohlendioxid (CO₂) zu binden, klingt zunächst banal: Zwei Wasserstoffatome angehängt und es resultiert Ameisensäure; ein Sauerstoffatom entfernt und schon ist Formaldehyd erzeugt. Dieses hochreaktive Molekül kann als Ausgangsstoff für weitere Wertstoffe genutzt werden. Praktisch im Reagenzglas lässt sich Formiat, das Salz der Ameisensäure, nicht ohne Weiteres in Formaldehyd umwandeln. Für die Reaktion wird viel Energie benötigt. Ziel einer Forschergruppe um Tobias Erb am Max-Planck-Institut war es, einen sparsamen Weg zu finden. Dazu entwarfen und optimierten sie eine Zwei-Enzym-Route, die Formiat in Formaldehyd in vitro und in vivo umsetzt. Sie veränderten die gefundenen Enzyme, indem sie zum einen gezielt Bausteine austauschten, zum anderen zufällige Mutationen erzeugten und nach Nutzen selektierten. So konnte eine vierfache Verbesserung der Produktion im Modellbakterium Escherichia coli erzielt und die Substratselektivität verbessert werden. Je weniger Energie es braucht, um Kohlenstoff in den Metabolismus einzuschleusen, umso mehr Energie verbleibt für das Wachstum der Bakterienzellen oder die Produktion von Stoffwechselprodukten. Die Verbesserung der Enzyme schaffte die Grundlage, um E. coli auf Ameisensäure wachsen zu lassen. Ist diese zur Base Formiat neutralisiert, ist sie ein ge­eigneter C₁-Körper zur CO₂-Fixierung. Nahezu alle anderen „Einkohlenstoffe“, die als Kohlenstoffquelle dienen könnten wie Methanol, sind giftig. So auch das erzeugte Formaldehyd, das von den Forschern in einen gelben, ungiftigen Farbstoff umgewandelt werden kann. Bisher können die Zellen nur Formaldehyd produzieren und nicht weiter umsetzen. Langfristiges Ziel der Gruppe ist es, eine All-in-one-Plattform zu schaffen, in der aus Kohlendioxid Produkte wie Insulin her­gestellt werden sollen. Dieser Weg könnte auch dazu beitragen, den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu senken. |