Das europäische Forschungsprojekt CHASSY nutzt die einzelligen Pilze, um Alltagsgüter nachhaltiger zu produzieren.
Die Menschheit nutzt Hefe seit mehr als siebentausend Jahren - zum Brotbacken, Fermentieren von Nahrungsmitteln und Getränken. Aber kann man die einzelligen Pilze auch dafür nutzen, um Mineralöle in Medikamenten, Kosmetika, Kunststoffen und Kraftstoffen zu ersetzen?
Das haben sich Wissenschaftler im europäischen Forschungsprojekt CHASSY zum Ziel gesetzt: Hefezellen arbeiten als Minifabrik, sie können Zucker in wertvolle Chemikalien umwandeln. Aber normalerweise ist diese Methode nicht produktiv genug, um im industriellen Maßstab eingesetzt zu werden. Das ändern die Forscher mit Gentechnik:
"Um diese Hefen als Zellfabriken effizienter zu machen, müssen wir ihren Stoffwechsel neu vernetzen. Wir müssen die Art und Weise, wie sie Zucker in Produkte umwandeln, neu programmieren, um sicherzustellen, dass so gut wie jedes Zuckermolekül, das in die Hefezelle gelangt, als Produkt herauskommt", sagt Jack Pronk, Forscher in Industrieller Mikrobiologie, Technische Universität Delft. Das Projekt wird von der europäischen Kohäsionspolitik unterstützt.
Umprogrammierte Hefen können landwirtschaftliche Nutzpflanzen und Abfälle zu Biomolekülen recyceln, die dann als Bausteine für Kunststoffe, Kosmetika und andere Konsumgüter dienen können. So können Mineralöle durch nachhaltige biologische Materialien ersetzt werden. Jean-Marc Daran, Molekularer Mikrobiologe, Technische Universität Delft:
"Im Projekt verwenden wir Pflanzengene, um ein Zwischenprodukt herzustellen, beispielsweise Gene von Orangen. Wir produzieren Naringenin, ein Molekül, das aus Früchten der Zitronengruppe, z.B. Grapefruit oder Orange, hergestellt wird."
Hefe wird umprogrammiert
Um Hefe umzuprogrammieren, verwenden die Forscher an der Technischen Universität Delft das Crispr-Verfahren: Indem sie Gene aus Pflanzen oder Bakterien in die Hefe einbringen, verändern sie die Funktionsweise der Zellfabriken - und sogar den Geruch!
"Wir haben die DNA bearbeitet und unter anderem ein Gen aus einer Pflanze hinzugefügt. Deshalb riecht die Hefe jetzt auch wirklich nach Rosen. Im Labor riecht es jetzt natürlich besser, aber wir untersuchen mehr die industriellen Anwendungen als Geschmacks- und Aromastoffe - hauptsächlich für die Kosmetikindustrie, meist Parfüms, aber auch Wimperntusche, Lippenstift - sie alle haben diese Aromastoffe als Bestandteile", sagt Jasmijn Hassing, Forscherin für Stoffwechseltechnik, Technische Universität Delft.
Damit europäische Unternehmen mit den Ergebnissen marktreife Produkte entwickeln können, müssen die Hefestämme robust genug sein, um zu überleben: Sie müssen die wertvollen Verbindungen nicht nur im Labor, sondern auch im industriellen Maßstab produzieren.
Chassy-Projektkoordinator John Morrissey, Hefebiotechnologe, Fakultät für Mikrobiologie, University College Cork:
"Sobald wir Hefestämme haben, die in diesem Stadium arbeiten und genug Chemikalien unter Industrie ähnlichen Bedingungen produzieren, geben wir die Technologie an interessierte Partner weiter. Und diese Partner, die Zugang zu großen Fermentern haben, testen sie dann in Pilotprojekten und in einem größeren Umfang, um tatsächlich marktreife Produkte zu entwickeln".
Konsumgüter werden nachhaltig und schneller entwickelt
Diese biobasierte Methode kann die Entwicklung neuer Konsumgüter beschleunigen: Neue Produkte, die normalerweise eine Entwicklungszeit von 10 bis 20 Jahren haben, können innerhalb weniger Jahre auf den Markt kommen. Jack Pronk sagt:
"Die Forschung, die wir betreiben, ist wichtig für ein sehr breites Spektrum von Biotech-Unternehmen - zum Beispiel für die Herstellung von Biokunststoffen oder anderen großvolumigen Produkten. Aber auch für Startup-Unternehmen, die ein neues Produkt entwickeln, bei Null anfangen und sehr hochwertige Verbindungen herstellen wollen, die man als Pharmazeutikum, Lebensmittelzutat oder Aromastoff verwenden kann."
Der ökologische Vorteil: Mit weniger Mineralölen können unsere Alltagsgüter nachhaltiger produziert und leichter recycelt werden.