Wie können wir Abfälle für die PHB-Produktion verwenden?

Seit etwa 20 Jahren ist es das Ziel der Forschung, PHB als Ersatz für Kunststoffe auf Erdölbasis herzustellen. Trotz enormer Fortschritte und hervorragender Arbeit vieler Forschungsgruppen auf der ganzen Welt bleibt die Aussicht, mit Hilfe von Bakterien PHB in einem Umfang zu produzieren, der erdölbasierten Kunststoff ersetzen kann, unerreichbar. Und warum? Es ist einfach zu teuer. Kunststoff auf Erdölbasis ist etwa 10-mal billiger als PHB. Ist der Traum also unrealistisch?

In den letzten Jahren haben sich einige Leute der Verwendung von Abfällen als Quelle für PHB zugewandt. Es wurden viele Arten von Abfällen in Betracht gezogen, z. B. Abwässer, landwirtschaftliche Abfälle und sogar Lebensmittelabfälle wie altes Speiseöl und Restaurantabfälle. Der große Vorteil der Verwendung von Abfällen besteht darin, dass sie die Produktionskosten senken. Dies bringt jedoch alle möglichen Probleme mit sich. Im Folgenden wird zunächst der herkömmliche Ansatz der Umwandlung von Abfällen in PHB skizziert. Darunter folgt, was ich als alternativen Ansatz bezeichne.

 

Konventioneller Ansatz:

  1. Wahl eines Bakteriums, welches von Natur aus viel PHB produziert.
  2. Wahl der Nahrungsgrundlage für das Bakterium, z. B. Lebensmittelabfälle, um die Produktionskosten zu senken.
  3. Sterilisierung der Lebensmittelabfälle durch Hitze.
  4. Zugabe des Bakteriums zu den Lebensmittelabfällen unter gesicherten Fermentationsbedingungen (falls der Organismus gentechnisch verändert wurde, sollte ein Entweichen des veränderten Organismus in die Umwelt verhindert werden).
  5. Optimierung der Wachstumsbedingungen zur Steigerung der Produktion.
  6. Wenn die Produktion zu gering ist (häufig), muss der Organismus verändert werden, um die Produktion zu steigern.

Alternative Vorgehensweise:

 

 

 

  1. Auswahl einer Nahrungsquelle für das Bakterium, z. B. Apfelabfälle.
  2. Identifizierung der Bakterien und anderer Mikroorganismen, die bereits von Natur aus auf verfaulten Äpfeln gedeihen.
  3. Veränderung der Organismen, so dass sie einen hohen PHB-Gehalt aufweisen.
  4. Rückführung der veränderten Organismen in den sterilen Apfelabfall (unter gesicherten Fermentationsbedingungen).
  5. Verbesserung der Wachstumsbedingungen zur Steigerung der PHB-Produktion.

Obwohl er nicht komplizierter ist als der konventionelle Ansatz, wurde der alternative Ansatz nicht ausprobiert, und zwar aus dem einfachen Grund, dass es bisher keine zuverlässige Möglichkeit gab, nicht modellierte bzw. uncharakterisierte (neu isolierte) Bakterien genetisch zu verändern. Wenn dieses Hindernis jedoch überwunden werden könnte, bietet der alternative Ansatz einige enorme Vorteile.

Die Mikroben haben sich bereits an die Nutzung der Abfälle als Nahrung angepasst. Das bedeutet, dass fast alle Optimierungen bereits durch den natürlichen Prozess der Selektion erfolgt sind. Die Organismen, die z. B. Äpfel am besten zersetzen können, werden nun zu den Modellorganismen.

Verunreinigungen des Abfallsubstrats werden zu einem viel geringeren Problem. Welche Mikroben könnten die natürlichen Meister der Apfelzersetzung übertreffen?

Auch die Optimierung der Wachstumsbedingungen wird einfacher. Man nimmt einfach die natürlichen Bedingungen für verrottende Äpfel im Garten als Vorbild.

Mit meiner Methode zur Modifizierung von Genen und zur Kontrolle der Genexpression bei Nicht-Modellorganismen teste ich den alternativen Ansatz .

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