An der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) ist es Professor Arne Skerra erstmals gelungen gasf\u00f6rmiges CO2 als Grundstoff f\u00fcr die Produktion eines chemischen Massenprodukts zu verwenden. Dabei handelt es sich um Methionin, eine essentielle Aminos\u00e4ure, die vor allem in der Tiermast eingesetzt wird. Es ist ein Grundbaustein von Eiwei\u00dfstoffen, der nicht nur f\u00fcr viele Lebewesen lebensnotwendig ist, sondern vor allem f\u00fcr den Menschen. Das Problem: Der Mensch kann Methionin nicht selbst produzieren und muss es mit der Nahrung aufnehmen. Bei Masttieren, etwa Gefl\u00fcgel oder Fisch beschleunigt Methionin das Wachstum – \u00e4hnlich wie Minerald\u00fcnger Pflanzen schneller wachsen l\u00e4sst. Derzeit werden etwa eine Millionen Tonnen Methionin weltweit produziert.<\/p>\n
Das neu entwickelte Verfahren kann insofern einen Durchbruch bedeuten, da bei der bisher g\u00e4ngigen industriellen Herstellung von Methionin ein 6-stufiger chemischer Prozess auf Basis petrochemischer Ausgangsstoffe n\u00f6tig war. Dabei wird unter anderem hochgiftige Blaus\u00e4ure ben\u00f6tigt. Bei diesem Prozess entsteht aber auch das technisch unproblematische Zwischenprodukt Methional \u2013 ein Abbauprodukt von Methionin, das in der Natur vorkommt. F\u00fcr das neue Verfahren ist dies entscheidend.<\/p>\n
Die Vorbereitungen f\u00fcr die Forschungsarbeit starteten, als das Unternehmen Evonik Industries<\/a> im Rahmen einer Ausschreibung 2013 Hochschulforscher einlud, neue Verfahren vorzuschlagen, mit denen sich Methionin gefahrenloser herstellen l\u00e4sst. Evonik ist einer der weltweit gr\u00f6\u00dften Hersteller der Substanz.<\/p>\n \u201eAusgehend von der \u00dcberlegung, dass Methionin in Mikroorganismen von Enzymen unter Abgabe von CO2 zu Methional abgebaut wird, versuchten wir diesen Prozess umzukehren\u201c, erkl\u00e4rt Professor Arne Skerra, Inhaber des Lehrstuhls f\u00fcr Biologische Chemie<\/a>\u00a0an der TUM. \u201eDenn jede chemische Reaktion ist im Prinzip umkehrbar, allerdings oft nur unter hohem Einsatz von Energie und Druck.\u201c Skerra beteiligte sich an der Ausschreibung, die Idee wurde von Evonik pr\u00e4miert und als Projekt gef\u00f6rdert.<\/p>\n Skerra begann gemeinsam mit Postdoc Lukas Eisoldt die Rahmenbedingungen f\u00fcr den Herstellungsprozess zu ermitteln und die n\u00f6tigen Biokatalysatoren (Enzyme<\/em>) herzustellen. Mit ersten Versuchen erprobten sie, welcher CO2-Druck n\u00f6tig w\u00e4re, um in einem biokatalytischen Prozess Methionin aus Methional herzustellen. Es zeigte sich, dass schon bei relativ niedrigem Druck \u2013 etwa dem eines Autoreifens, cirka zwei Bar, die Ausbeute unerwartet hoch war. Dank dieser Erfolge, die sich bereits nach einem Jahr einstellten, verl\u00e4ngerte Evonik die F\u00f6rderung. Das Team setzt die Forschung mit Unterst\u00fctzung von Doktorandin, Julia Martin, fort.<\/p>\n Schlie\u00dflich gelang es nach mehrj\u00e4hriger Arbeit, die Reaktion im Laborma\u00dfstab auf eine Ausbeute von 40 Prozent zu verbessern und die theoretischen Hintergr\u00fcnde der biochemischen Abl\u00e4ufe aufzukl\u00e4ren. \u201eIm Vergleich zur komplexen Photosynthese, in der die Natur ebenfalls auf biokatalytischem Wege CO2 als Baustein in Biomolek\u00fcle einbaut, ist unser Verfahren hochelegant und einfach\u201c, berichtet Arne Skerra. \u201eDie Photosynthese verwendet 14 Enzyme und hat eine Ausbeute von nur 20 Prozent, w\u00e4hrend unsere Methode blo\u00df zwei Enzyme ben\u00f6tigt.\u201c Foto: Wikimedia Commons<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" An der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) ist es Professor Arne Skerra erstmals gelungen gasf\u00f6rmiges CO2 als Grundstoff f\u00fcr die Produktion eines chemischen Massenprodukts zu verwenden. 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\nDas Grundmuster dieser neuartigen biokatalytischen Reaktion kann k\u00fcnftig als Vorbild f\u00fcr die industrielle Herstellung anderer wertvoller Aminos\u00e4uren fungieren, wie ebenso als Vorprodukt f\u00fcr Arzneimittel. Inzwischen wurde das Verfahren patentiert und durch Protein-Engineering soweit verfeinert, dass es sich f\u00fcr gro\u00dftechnische Anwendung eignet.
\nDies w\u00e4re das erste Mal, dass es einen biotechnologischen Herstellungsprozess gibt, der gasf\u00f6rmiges CO2 als unmittelbaren chemischen Grundstoff nutzt. Alle bisherigen Versuche, das klimasch\u00e4dliche Treibhausgas stofflich zu verwerten, scheiterten an dem extrem hohen Energieaufwand, der dazu n\u00f6tig ist.<\/p>\n