Fokus Forschung: NWK17 - Vortrag - Bakterien im Visier

15.04.2016, 09:00

Nadine Wappler beschäftigt sich mit dem Stoffwechsel von Wasserstoff-produzierenden Bakterien.

Nadine Wappler
(Foto: Helmut Hammer)

Die Referentin

Nadine Wappler studierte von 2009 - 2012 Biotechnologie/Bioinformatik an der Hochschule Mittweida und schloss 2014 Ihren Master im Studienfach Molekularbiologie/Bioinformatik, ebenfalls in Mittweida, ab. Sie arbeitet bereits seit Februar 2014 in einem Forschungsprojekt der Arbeitsgruppe von Prof. Röbbe Wünschiers, welches sich mit der Wasserstoffproduktion aus Cyanobakterien beschäftigt.

Das Forschungsvorhaben

Untersuchung des Stoffwechsels eines Wasserstoff-produzierenden Bakteriums

Die Bundesregierung fordert im Zuge der EEG-Reform aus dem Jahr 2014 die Erhöhung des  Anteils erneuerbarer, CO2-neutraler Energien auf 60 % des Bruttoendenergieverbrauches. Gleichzeitig erfolgt bis 2022 die Abschaltung aller derzeitig noch laufenden Atomkraftwerke. Die Kapazitäten der erneuerbaren Energien sollen vor allem im Bereich der Biomasse ausgebaut werden. Die derzeitig zur Verfügung stehenden Technologien auf diesem Gebiet reichen jedoch nicht aus, um den geforderten Bedarf zu decken [1]. Daher ist die Suche nach neuen Technologien unerlässlich.

In der Fachgruppe Biotechnologie und Chemie wird an einem solchen neuen Ansatz bereits geforscht. Dabei wird der Stoffwechsel eines Wasserstoff-produzierenden Bakteriums, Rhodobacter sphaeroides, untersucht, um die Ausbeute dieses Energieträgers zu optimieren, sodass diese Technologie industriell nutzbar ist.

Wasserstoff wird mit zunehmender Knappheit fossiler Brennstoffe in naher Zukunft zunehmend an Bedeutung als umweltfreundlicher Energieträger gewinnen. Die Nutzung dieser Energietechnologie ist flächensparend, transparent und umweltverträglich [2]. Rhodobacter ist in der Lage, mit Hilfe von Sonnenlicht aus organischen Substraten, wie beispielsweise biologischen Abfällen aus Obst oder Gemüse, Wasserstoff zu produzieren (=Photofermentation) [3]. Im Wesentlichen resultiert die Wasserstoffproduktion aus dem Abbau von Kohlenhydraten. Dieser Prozess ist komplex und hochempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und hat einen großen Optimierungsbedarf [4].

Damit die Ausbeute der Wasserstoffentstehung maximiert werden kann, muss der Stoffwechsel des Bakteriums verstanden werden. Dazu wurden sogenannte Transkriptomanalysen durchgeführt, welche Aufschluss über alle Gene innerhalb einer Zelle liefern, die zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sind. Dies ist abhängig von Umwelteinflüssen wie Substraten, Temperatur oder pH-Wert und lässt Rückschlüsse auf den Stoffwechsel des Organismus zu. Drei unterschiedliche Fermentationsansätze wurden in Kooperation mit dem Institut für Lebensmittel und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden untersucht und verglichen. Diese unterschieden sich nur im Gehalt eines stickstoffhaltigen Substrates. Der Fokus lag auf Genen von Stoffwechselwegen, welche direkt in den Wasserstoffentstehungsprozess involviert sind. Generell konnte eine stark differentielle Expression von Transkripten im Vergleich der drei Ansätze nachgewiesen werden. Dies lässt auf einen starken Einfluss des verwendeten Substrats und dessen Konzentration während der Kultivierung schließen und steht im Zentrum unserer aktuellen Forschung.

Das langfristige Ziel dieses Projektes ist die Herstellung von Wasserstoff durch die Fermentation von Rhodobacter sphaeroides im industriellen Maßstab.

Referenzen
[1] Bundesbericht Energieforschung 2014, Forschungsförderung für die Energiewende
[2] VEE Sachsen e.V. - Vereinigung zur Förderung der Nutzung erneuerbarer Energien
[3] Franchi, E.; Tosi, C.; Scolia, G.; Penna, G.D.; Rodriguez, F.; Pedroni, P.M. (2004): Metabolically Engineered Rhodobacter sphaeroides RV strains for Improved Biohydrogen Photoproduction Combined with Disposal of Food Wastes. Mar. Biotechnol. 6, 552-565, DOI: 10.1007/s10126-004-1007-y.
[4] Yasin, N.H.M.; Mumtaz, T.; Hassan, M.A.; Rahman, N.A. (2013): Food waste and food processing waste for biohydrogen production: A review. Journal of Environmental Management 130, 375-85.

Weitere Informationen zum Forschungsthema sind hier verfügbar

Text: Nadine Wappler