Einem Forschungsteam um Stefan Pflügl an der TU Wien ist es gelungen, den Mikroorganismus Thermoanaerobacter kivui (T. kivui) genetisch so zu verändern, dass er Kohlenmonoxid (CO) als Energiequelle nutzen kann. Diese Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten für die nachhaltige Nutzung von Synthesegas, das aus CO, CO₂ und Wasserstoff besteht, in industriellen Bioreaktoren.

T. kivui ist ein hitzetolerantes Bakterium, das ursprünglich aus einfachen Molekülen wie CO₂ und H₂ organische Stoffe herstellen kann. Durch gezielte genetische Anpassungen kann der Mikroorganismus nun auch Kohlenmonoxid verwerten, das für viele Bakterien von Natur aus giftig ist. Das Forschungsteam berichtete in der Fachzeitschrift Nature Communications, wie es gelang, T. kivui schrittweise an CO zu gewöhnen, sodass das Bakterium dieses Gas schließlich als alleinige Energie- und Kohlenstoffquelle nutzte. Die Anpassung erfolgte innerhalb weniger Generationen auf natürliche Weise.

Eine Analyse des Genoms zeigte, dass ein mobiles DNA-Element, ein sogenanntes Transposon, für die neuen Eigenschaften verantwortlich ist. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen entwickelte das Team eine Methode, mit der sich T. kivui mithilfe der Genschere CRISPR/Cas gezielt und schnell genetisch verändern lässt. Die sogenannte Hi-TARGET-Methode ermöglicht es, Gene zu entfernen, zu verändern oder neue hinzuzufügen. Damit konnte das Team einen Bakterienstamm erzeugen, der die gewünschten Eigenschaften innerhalb von nur zwölf Tagen aufweist – deutlich schneller als mit herkömmlichen gentechnischen Verfahren.

Die gentechnisch optimierten Bakterien können in Bioreaktoren eingesetzt werden, um Synthesegas aus Biomassevergasung in wertvolle Produkte wie Essigsäure, Ethanol oder Isopropanol umzuwandeln. Diese Stoffe finden als Biokraftstoffe oder Chemierohstoffe Verwendung und tragen zur Etablierung einer nachhaltigen Kohlenstoffkreislaufwirtschaft bei.

Die Forschenden sehen in der gezielten genetischen Anpassung von T. kivui ein großes Potenzial für die industrielle Biotechnologie. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten künftig auch auf andere Mikroorganismen übertragen werden, die gasförmige Substrate verwerten, um anspruchsvollere Produkte herzustellen.

Original Paper:

A megatransposon drives the adaptation of Thermoanaerobacter kivui to carbon monoxide | Nature Communications

_{Redaktion: X-Press Journalistenbürö GbR}

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