Die Versorgung der stetig wachsenden Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln sicherzustellen und gleichzeitig die Umwelt zu schützen, sind oft Zielkonflikte. Nun ist es Forschern der Technischen Universität München (TUM) gelungen, mithilfe einer Art künstlicher Photosynthese ein Verfahren zur synthetischen Herstellung von Nahrungseiweiß zu entwickeln. Die Tierfutterindustrie ist der Haupttreiber für die hohe Nachfrage nach großen Mengen an Nahrungsprotein, das sich auch für die Verwendung in Fleischersatzprodukten eignet.
Einer Gruppe um Prof. Volker Sieber am TUM Campus Straubing für Biotechnologie und Nachhaltigkeit (TUMCS) ist es gelungen, die Aminosäure L-Alanin, einen essentiellen Baustein von Proteinen, aus dem umweltschädlichen Gas CO2 herzustellen.
Ihr indirekter biotechnologischer Prozess beinhaltet Methanol als Zwischenprodukt. Bisher wird Protein für die Tierernährung typischerweise auf der Südhalbkugel mit großem landwirtschaftlichen Flächenbedarf und negativen Folgen für die Biodiversität produziert. Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Chemische Katalyse.
Das der Atmosphäre entzogene CO2 wird zunächst mit Ökostrom und Wasserstoff in Methanol umgewandelt. Das neue Verfahren wandelt dieses Zwischenprodukt in einem mehrstufigen Prozess mit synthetischen Enzymen in L-Alanin um; Die Methode ist äußerst effektiv und erzeugt sehr hohe Erträge. L-Alanin ist einer der wichtigsten Bestandteile von Protein, das für die Ernährung von Mensch und Tier unerlässlich ist.
Prof. Sieber von der TUM-Professur für Chemie biogener Rohstoffe erklärt: „Im Vergleich zum Anbau von Pflanzen benötigt diese Methode viel weniger Platz, um die gleiche Menge L-Alanin herzustellen, wenn die verwendete Energie aus Sonnen- oder Windkraftquellen stammt. Durch die effizientere Flächennutzung kann durch eine Art künstliche Photosynthese die gleiche Menge an Nahrungsmitteln auf deutlich weniger Hektar produziert werden, was den Weg für einen kleineren ökologischen Fußabdruck in der Landwirtschaft ebnet.“
Die Herstellung von L-Alanin ist für die Wissenschaftler nur der erste Schritt. „Auch andere Aminosäuren wollen wir regenerativ aus CO2 herstellen und die Effizienz im Verwertungsprozess weiter steigern“, sagt Co-Autorin Vivian Willers, die das Verfahren als Doktorandin am TUM Campus Straubing entwickelt hat. Das Projekt sei ein gutes Beispiel dafür, wie Bioökonomie und Wasserstoffwirtschaft in Kombination mehr Nachhaltigkeit ermöglichen können, fügen die Forscher hinzu.
Mehr Informationen:
Vivian Pascal Willers et al, Zellfreie enzymatische L-Alanin-Synthese aus grünem Methanol, Chemische Katalyse (2023). DOI: 10.1016/j.checat.2022.100502