Biotechnologie: Jeans, Joghurt und Ökostrom

WIEN. Was haben Ökostrom, haltbare Lebensmittel und Jeans miteinander zu tun? Die wenigsten wissen es, aber: Milchsäure heißt das Zauberwort. Denn Milchsäurebakterien gewährleisten den besseren Nutzen erneuerbarer Ressourcen für Biogasanlagen, machen Lebensmittel länger haltbar, unsere Wäsche sauber und – ganz nebenbei – geben sie unseren Jeans den Used-Look. Auch im Gesundheitsbereich sind sie unersetzbar: Milchsäurebakterien kommen auch in Form von Lebendkulturen (Probiotika) zum Einsatz und zeigen positive Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Tier. Kein Wunder also, dass der Forschung auf diesem Gebiet großes Potenzial zugebilligt wird. Und mit ein Grund für die Wissenschaftler des Departments für Biotechnologie an der Boku, ein eigenes Christian-Doppler-Labor für gentechnisch veränderte Milchsäurebakterien („Genetically Engineered Lactic Acid Bacteria“) zu beantragen. Dieses öffnete im November seine Pforten – gemeinsam mit dem Institut für Molekulare Biotechnologie der TU Graz und dem Unternehmen Lactosan GmbH wird ein Team unter der Leitung von Reingard Grabherr (Boku) metabolische und gentechnische Fragen im Bereich der Milchsäure-Fermentation bearbeiten.

Abbau von Laktose

Doch fangen wir ganz klein an: Natürliche sowie biotechnologische Prozesse wie Fermentation und Gärung verdanken wir den verschiedenen Eigenschaften von Bakterien. Solche Eigenschaften können – wie bei den Milchsäurebakterien – etwa der Abbau von Mehrfachzuckern (Polysachariden) wie Laktose sein. In der Milchindustrie werden diese Bakterien gezielt zur Milchsäuregärung eingesetzt. Die Haltbarkeit und Konservierung von Käse, Joghurt und Co. wird so gewährleistet. Modernes Zellengineering ist schon seit Jahren bei anderen Mikroorganismen unumgänglich.

Reingard Grabherr: „Gewisse Bakterien wie E coli, welche bisher zur Erzeugung von Insulin im Pharmabereich eingesetzt wurden, konnten viele Umgebungsbedingungen schlichtweg nicht aushalten.“ Auch Milchsäurebakterien haben in puncto Abbauleistung (das ist der natürlich vorhandene Enzymapparat), Temperatur- und Säurebelastung natürliche Limits. Mittels Zellengineering wollen die Forscher evolutionäre Grenzen erweitern, sprich: der Natur unter die Arme greifen.

Um Aufgaben, die Bakterien von der Evolution verliehen bekamen, zu optimieren und an bestimmte Umgebungsbedingungen anzupassen, muss man zuerst die Einzelbestandteile einer Zelle analysieren. Der Schwerpunkt der Forschung des CD-Labors Wien liegt auf der Genomstruktur einer Zelle– ihrem Erbgut: „Mittels Genomsequenzierung können wir erschließen, wie Bakterien auf ihre Umwelt reagieren, wie anpassungsfähig sie sind, oder welche Aufgaben sie überhaupt erfüllen können“, so Grabherr.

Milchsäurebakterien sind schonende Konservierungskünstler, denen noch eines fehlt: Schwer abbaubare Materialien wie Zellulose oder Lignin (Holz) so aufzubereiten, dass es in Zukunft möglich ist, die ganze Pflanze zu verwerten. Besonders für die Produktion von Biofuel ist das ein spannender Prozess. Die durch dieses neu gegründete zukunftsweisende CD-Labor generierten Milchsäurebakterien könnten nicht nur schädlichen Mikroorganismen den Garaus machen, sondern im Weiteren als Produktionsstämme verfügbar gemacht werden. Zudem ist die Herstellung einer Reihe von Produkten wie Proteinen, kurzen Peptiden oder anderen Metaboliten mit entsprechend engineerten Milchsäurebakterien geplant. Zellulose ist die häufigste organische Verbindung des Planeten. Hergestellt von Bakterien gäbe es spannende Anwendung speziell für medizinische Zwecke. „Was diese Bakterien noch so besonders interessant macht, ist, dass sie Enzyme produzieren und ausschleusen können“, so Grabherr.

Während sich das CD-Labor in Wien mit dem Überbau des Engineering beschäftigt und die Eigenschaften von Bakterien verbessert, ist „unser Forschungsbereich der des Proteinengineering, welches sich der Verbesserung von Aufgaben von Enzymen widmet“, sagt Helmut Schwab, Projektleiter des Instituts für Molekulare Biotechnologie der TU Graz und Forschungspartner der Boku Wien.

Kleidung sauber machen

Was können Enzyme? Grosso modo aktivieren und beschleunigen Enzyme chemische Reaktionen. Mit ihrer Hilfe kann etwas biologisch abgebaut bzw. umgewandelt werden. Und das bereits in einer Umgebungstemperatur bis zirka 40 Grad Celsius, auch im (Waschmaschinen-)Wasser. Enzyme wie zum Beispiel Lipase spalten bzw. zersetzen Fette und machen unsere Kleidung wieder sauber. Indirekt helfen sie sogar der Umwelt: „Als Biokatalysatoren können sie in Zukunft besonders als schonende Alternative gegenüber ,Hardcore-Chemie‘ in den verschiedensten Herstellprozessen eingesetzt werden“, betont Schwab. Ein einziger umweltschonender enzymatischer Schritt in der Herstellung eines Arzneimittels kann viele chemische Einzelschritte ersetzen. In enger Zusammenarbeit mit Graz und Wien entwickelt das Kapfenberger Unternehmen Lactosan u.a. Starterkulturen für Silage als Futtermittel und zur Biogasproduktion. „Silagehilfsmittel haben die Aufgabe, durch Milchsäurebakterien im anaeroben (luftdichten) Raum den pH-Wert der Gärprozesse niedrig zu halten. So werden, auch beim Öffnen des Silos, der von Organismen wie Hefe und Schimmelpilze ausgelöste Substratverfall und die einhergehende CO2-Belastung unterbunden“, sagt Vertriebsleiter Gerald Blüml. Die Folge ist hochwertiges und energiereiches Futter und weniger Abfallgase.

Bei Silagen für Biogasanlagen wird durch den zusätzlichen Einsatz von Siliermitteln der Methanertrag erhöht. Was bei Futtersilagen unerwünscht ist, gilt hier als das Funktionsprinzip dieser erneuerbaren Energiequelle. „Gegenüber unbehandelten Silagen konnte der Essigsäuregehalt, der für die Methanproduktion vorteilhaft ist, um bis zu 100 Prozent gesteigert werden.“ Das bedeutet eine zusätzliche Biogasausbeute von bis zu zehn Prozent. „Man kann sogar Traubenrückstände und Zuckerrüben silieren und zu Bioenergie umwandeln“, sagt Blüml.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 02.12.2008)