Techniken der synthetischen Biologie erhöhen die Reinheit spezieller Pflanzenöle erheblich

Einige der bekanntesten und angebauten Ölsaaten in den USA sind seit langem Raps, Sojabohnen und Sonnenblumen, aber ein Durchbruch von Biochemikern der Kansas State University könnte dazu führen, dass auch die Zwischenfrüchte Acker- und Leindotter zu einer Quelle für verbesserten Biodiesel werden.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Timothy Durrett, Professor für Biochemie und molekulare Biophysik, und der Doktorandin Linah Alkotami nutzten Techniken der synthetischen Biologie, um die Menge an Acetyl-Triacylglycerolen – einer einzigartigen Ölart, die aus der Pflanze des brennenden Busches gefunden und adaptiert wurde – in der Pennycress deutlich zu erhöhen und Leindotter auf nahezu reine Werte.

Diese Acetyltriacylglycerine oder Acetyl-TAGs sind aufgrund ihrer niedrigen Viskosität und Leistung bei kalten Temperaturen sehr nützlich – ein Schlüsselkriterium für den Einsatz als Dieselersatz.

Das Team veröffentlicht seine Ergebnisse in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

„Wenn wir Biodiesel herstellen, nehmen wir normales Pflanzenöl und wandeln es mithilfe eines chemischen Prozesses in Biodiesel um“, sagte Durrett. „Die Idee ist, dass mit diesen Acetyl-TAGs das Öl ohne weitere chemische Prozesse direkt als Kraftstoff verwendet werden könnte. Auf diese Weise könnten Landwirte die Chemie, die bei der Herstellung von Biodiesel anfällt, sowie die damit verbundenen Gewinne nutzen. Wenn Sie können Bauen Sie Ihren eigenen Brennstoff an, das ist eine Möglichkeit, die Energieunabhängigkeit zu erhöhen.

Die Ölsaatentechnik sei schon lange ein schwieriges Feld, sagte Durrett. Im gesamten Pflanzenreich gibt es verschiedene ungewöhnliche, aber nützliche Lipide, die Biochemiker erfolgreich finden und die Enzyme identifizieren konnten, die sie erzeugen. Die überwältigende Herausforderung bestand darin, herauszufinden, wie diese Enzyme angepasst werden können, um in anderen Pflanzen ähnliche und ausreichend reine Öle zu erzeugen.

Durretts Forschungsteam schaffte den Durchbruch, indem es eines der zur Synthese der Acetyl-TAGs in Leindotter und Brunnenkresse verwendeten Substrate steigerte und Werte von 93 % bzw. 98 % erreichte – deutlich mehr als die etwa 50 %, die zu Beginn von Durretts Karriere üblich waren .

„Diese Werte sind tatsächlich höher als bei der Brennenden Buschpflanze, wo wir dieses Lipid zum ersten Mal identifiziert haben. Daher ist es eine ziemliche Leistung, diesen Reinheitsgrad zu erreichen“, sagte Durrett.

Der nächste Schritt für Durretts Forschungsteam besteht darin, diese veränderten Leindotter- und Brunnenkressepflanzen weiter zu untersuchen, um festzustellen, welche anderen Veränderungen stattfinden.

„Jedes Mal, wenn wir diese Veränderungen an einem Samen vornehmen, stellen wir fest, dass die Pflanze sich gegen diese Veränderungen wehrt, und wir arbeiten immer noch daran zu verstehen, wie Pflanzen auf diese Veränderungen reagieren und wie wir das kontrollieren können“, sagt Durrett sagte. „Auch wenn wir bei 98 % sind, gibt es noch viele Fragen, an deren Beantwortung wir arbeiten.“

Landwirte sind an diesen Entwicklungen besonders interessiert, da Ackerpühnerkraut über eine bemerkenswerte Überwinterungsfähigkeit verfügt, die es den Landwirten ermöglicht, diese Nutzpflanzen im Spätherbst anzubauen und im zeitigen Frühjahr zu ernten. Derzeit wird das Pflanzenpaar überwiegend im Norden der USA angebaut, wo ein Großteil der Forschung an den Pflanzen begann, aber Durrett geht davon aus, dass sich die Nutzpflanzen in weiteren Teilen des Landes ausbreiten, wenn landwirtschaftliche Erzeuger lernen, sie zu kommerzialisieren.

Im Rahmen einer separaten, aber verwandten Partnerschaft arbeitet Durrett mit Umut Yucel, außerordentlicher Professor für Lebensmittelwissenschaft, zusammen, um mögliche Verwendungsmöglichkeiten für die Öle der Pflanzen in der Lebensmittelindustrie sowie allgemein als Emulgator und Schmiermittel zu erkunden.