Angetrieben von erneuerbarer Energie wandeln Mikroben CO₂ in Proteine ​​und Vitamine um

Forscher in Deutschland können Protein und Vitamin B9 aus Mikroben gewinnen, indem sie ihnen nicht viel mehr als Wasserstoff, Sauerstoff und CO2 zuführen. Die Technologie, die am 12. September in der Zeitschrift Trends in der Biotechnologiewird mit erneuerbarer Energie betrieben und produziert eine nachhaltige, mit Mikronährstoffen angereicherte Proteinalternative, die es vielleicht eines Tages auf unsere Teller schafft.

„Dies ist ein Gärungsprozess, der dem Bierbrauen ähnelt, aber anstatt den Mikroben Zucker zu geben, gaben wir ihnen Gas und Acetat“, sagt der korrespondierende Autor Largus Angenent von der Universität Tübingen. „Wir wussten, dass Hefe Vitamin B9 selbst mit Zucker produzieren kann, aber wir wussten nicht, ob sie das Gleiche mit Acetat tun kann.“

„Wir nähern uns der 10-Milliarden-Grenze auf der Welt, und angesichts des Klimawandels und der begrenzten Landressourcen wird es immer schwieriger, genügend Nahrungsmittel zu produzieren“, sagt Angenent. „Eine Alternative besteht darin, Proteine ​​mithilfe der Biotechnologie in Bioreaktoren zu züchten, anstatt Nutzpflanzen als Tierfutter anzubauen. Dadurch wird die Landwirtschaft viel effizienter.“

Das Team entwickelte ein zweistufiges Bioreaktorsystem, das Hefe produziert, die reich an Protein und Vitamin B9 ist. Dieses Vitamin ist auch als Folsäure bekannt und für Körperfunktionen wie Zellwachstum und Stoffwechsel unerlässlich. Im ersten Schritt wandelt das Bakterium Thermoanaerobacter kivui Wasserstoff und CO2 in Acetat um, das in Essig enthalten ist.

Im zweiten Stadium ernährt sich Saccharomyces cerevisiae, besser bekannt als Backhefe, von Acetat und Sauerstoff, um Protein und Vitamin B9 herzustellen. Wasserstoff und Sauerstoff können durch die Bestrahlung von Wasser mit Strom aus sauberen Energiequellen wie beispielsweise Windmühlen erzeugt werden.

Es stellte sich heraus, dass mit Acetat gefütterte Hefe etwa die gleiche Menge an Vitamin B9 produziert wie Hefe, die Zucker isst. Nur 6 Gramm oder 0,4 Esslöffel der geernteten Trockenhefe decken den täglichen Vitamin-B9-Bedarf. Die Vitaminwerte wurden von einem Team um Co-Autor Michael Rychlik an der Technischen Universität München gemessen.

Was Protein angeht, stellten die Forscher fest, dass der Proteingehalt in ihrer Hefe höher war als in Rindfleisch, Schweinefleisch, Fisch und Linsen. 85 Gramm oder 6 Esslöffel Hefe decken 61 % des täglichen Proteinbedarfs, während Rindfleisch, Schweinefleisch, Fisch und Linsen jeweils 34 %, 25 %, 38 % und 38 % des Bedarfs decken.

Allerdings sollte die Hefe behandelt werden, um sie von Verbindungen zu befreien, die bei übermäßigem Verzehr das Gichtrisiko erhöhen können. Trotzdem deckt behandelte Hefe immer noch 41 % des täglichen Proteinbedarfs, vergleichbar mit herkömmlichen Proteinquellen.

Mit dieser Technologie sollen mehrere globale Herausforderungen angegangen werden: Umweltschutz, Nahrungsmittelsicherheit und öffentliche Gesundheit. Das System wird mit sauberer Energie und CO2 betrieben und reduziert so die Kohlenstoffemissionen bei der Lebensmittelproduktion. Es entkoppelt die Landnutzung von der Landwirtschaft und schafft so Platz für den Naturschutz.

Angenent betont auch, dass es die Landwirte nicht aus dem Wettbewerb verdrängen wird. Vielmehr wird die Technologie den Landwirten helfen, sich auf die nachhaltige Produktion von Gemüse und Feldfrüchten zu konzentrieren. Die Hefe des Teams könnte auch Entwicklungsländern helfen, Nahrungsmittelknappheit und Nährstoffmangel zu überwinden, indem sie Protein und Vitamin B9 liefert.

Doch bevor die Hefe des Forscherteams im Supermarkt als Proteinalternative erhältlich ist, gibt es laut Angenent noch viel zu tun. Sie planen, die Produktion zu optimieren und zu steigern, die Lebensmittelsicherheit zu untersuchen, technische und wirtschaftliche Analysen durchzuführen und das Marktinteresse abzuschätzen.

„Die Tatsache, dass wir gleichzeitig Vitamine und Proteine ​​mit einer ziemlich hohen Produktionsrate herstellen können, ohne Land zu verbrauchen, ist aufregend“, sagt Angenent. „Das Endprodukt ist vegetarisch/vegan, gentechnikfrei und nachhaltig, was für die Verbraucher attraktiv sein könnte.“